殼聚糖改性硅藻土處理鎘廢水的研究

佘雪玲　黃家全　張宇嫻

摘 要：鎘是對人體有嚴重危害的五種重金屬之一，也是“五毒”之首。為了處理低濃度的含鎘廢水，本文運用吸附法原理，研究殼聚糖相對于硅藻土的含量比例、投加量、初始pH、初始濃度以及接觸時間對鎘去除率的影響。研究所得到的結論為：殼聚糖改性硅藻土含量比例為10%、投加量是10g/L、廢水初始pH為6、廢水初始濃度不高于20mg/L、接觸時間為30min時，對鎘的去除率效果最佳。最后通過表征探究出殼聚糖改性硅藻土的改性機理以及對水體中鎘的吸附機理。

關鍵詞：殼聚糖 硅藻土 鎘 改性

一、前言

如今水環境中鎘污染日益嚴重，在2003年7月1日頒布的《城鎮污水處理廠污染物排放標準（GB18918—2002）》中，工業廢水排放要求總鎘含量低于0.1 mg/L，更將污水處理廠出水中的總鎘含量標準定為0.01mg/L以下，可看出對鎘的含量是要求極嚴，而現實中鎘的排放量也是屬于低濃度的范疇，因此本論文研究對低濃度的鎘廢水的處理具有一定的現實意義。

目前我國對生態環境的重視程度越來越大，而且在水污染方面的力度較大，特別是重金屬的污染。如今吸附劑的應用是去除水體中重金屬的重要手段，但吸附劑的選擇是大量學者所研究的方向，找到一種廉價大量、穩定、吸附量大的材料成了很多人的目標。

二、實驗部分

2.1試劑與儀器

試劑：硅藻土粉末，南京化學試劑股份有限公司；殼聚糖，濟南海得貝海洋生物工程有限公司；國家標準樣品鎘溶液，環境保護部標準樣品研究所；醋酸，廣州化學試劑廠；所用水為去離子水。

儀器：原子吸收分光光度計，北京普析通用有限公司；電熱恒溫鼓風干燥箱，上海齊欣科學儀器有限公司；低速離心機，安徽中科中佳科學儀器有限公司。

2.2實驗方法

采用單因素實驗的分析方法，將殼聚糖與硅藻土的質量配比、投加量、初始pH值作為殼聚糖改性硅藻土吸附有機廢液的影響因素，通過控制變量的方法，探究確定殼聚糖改性硅藻土處理低濃度鎘廢水的最佳條件。該方法是在實驗過程中通過控制其他因素保持固定不變的情況下，考察某一因素出現變化時，使得鎘去除率產生的相應規律性的變化，從而揭示該因素對鎘去除率的影響效果。本文的實驗是在50ml 鎘溶液中加入一定量的吸附劑，置于恒溫振蕩器內振蕩反應120min，一定時間后離心過濾，使用原子吸收方法測定吸附平衡后上清液中殘留的鎘離子含量。水溶液中鎘的去除率和吸附劑的吸附能力。

三、結果與討論

3.1含量比例對去除率的影響

所測得的數據如圖3-1所示。實驗考察了不同含量比例的殼聚糖改性硅藻土對鎘去除率的影響，當含量比例為10%時，其他條件相同時，反應制取的改性硅藻土對鎘去除率最大，最符合要求。其去除率相當于原硅藻土的兩倍左右，當繼續加大殼聚糖在改性土中的比例時，去除率反而降低，其原因是：當含量比例大約為10%時，殼聚糖與硅藻土大體完全反應，在0～10%含量比例的范圍內，鎘去除率隨著含量比例的增大而增大，而繼續加入殼聚糖一方面會使反應環境逐漸呈強酸性[1]，不利于改性土對鎘的吸附；另一方面過多的殼聚糖也會堵塞多孔的硅藻土，從而導致鎘的去除率有下降的趨勢。

3.2投加量對鎘去除率的影響

所測得的數據如圖3-2所示，實驗考察了投加量對鎘去除率的影響。當投加量為5～40 g/L之間時，改性硅藻土對Cd2+的去除率隨投加量增加而提高，其主要原因可能是：一方面由于增加吸附劑的用量，從而增加了總比表面積和吸附位點，而改性硅藻土表面縫隙也很多，投加量的增加會使吸附量變大。

3.3初始pH值對鎘去除率的影響

所測得的數據如圖3-3所示，實驗考察了初始pH值對鎘去除率的影響。在pH=6附近時，殼聚糖改性硅藻土對鎘的吸附效率最高，最符合條件，當pH不斷降低時，即溶液呈現出強酸的環境時，去除率也隨之減少；反之當pH不斷增大時，即溶液環境呈現出堿性時，其去除率也不斷下降[2]。其原因是：（1）硅藻土在水中的溶解度不高，但是在弱酸中較易溶解，另一方面殼聚糖也是容易溶于稀酸，而且酸能清除硅藻土結構孔隙中的金屬離子，增大有效吸附面積。當pH不斷降低時，不僅會降低硅藻土和殼聚糖的溶解度，影響二者的相互反應，而且強酸環境也不利于重金屬的吸附，從而導致去除率較低；除此之外，在pH較低時，鎘離子和質子為了共同的吸附位點進行競爭；同時，Cd2+和帶正電荷的吸附劑表面發生靜電排斥，所以導致較低的去除率。（2）隨著pH升高至6附近時，吸附劑表面羥基基團的質子化程度降低，從而提高了去除率，但當pH再不斷增大時，Cd2+容易在堿性條件下生成難溶物CdCO3等物質，抑制了殼聚糖改性硅藻土對鎘的吸附，導致其去除效率降低[3]。

四、結論

本實驗運用了物理化學法吸附法，利用豐富廉價的硅藻土作為骨架，使用吸附能力強的殼聚糖進行改性，得到的材料提高了含Cd2+的廢水的處理效果。研究得到：在25℃，廢水pH為6，吸附劑用量為10 g/L時，采用含量比例為10%的殼聚糖改性硅藻土作為吸附劑對50 mL的 Cd2+溶液 （5mg/L） 的作用最大，吸附能力最強，具有一定的前景和可行性。

參考文獻：

[1] Liu D，Yuan P，Tan D，et al. Effects of inherent /enhanced solid acidity and morphology of diatomite templates on the synthesis and porosity of hierarchically porous carbon [J].Langmuir，2010，26（ 24） ： 18624 - 18627.

[2] 龔真萍.殼聚糖改性硅藻土對酸性染料廢水的處理效果[J].毛紡科技，2016，44（09）：31-35.

[3] 任書平. 殼聚糖混合改性硅藻土去磷除藻研究[D].湖南大學，2010.