一种新型吸附剂处理废水中镉离子的研究*

陈国苗，孙璐璐，罗 艺，戚小菲，何光洪

(台州学院 医药化工学院，浙江 台州 318000)

镉是对生物和环境具有毒害作用的一种重金属，随着采矿、冶炼等工业的发展，镉污染日益引起重视[1]。在人类生存环境日趋恶化的当今，新型环境功能材料的合理开发和有效利用尤为紧迫。在治理重金属离子污染方面黏土矿物取得了很好的效果，有望成为廉价高效的新型吸附剂[2]。凹凸棒土(AG)具有独特的纤维结构和层链状晶体结构赋予其很大的比表面积，使其有很良好的吸附性能，因此，将AG作为重金属离子吸附剂的研究已有报道[3-6]。聚合氯化铝(PAC)是一种成熟的絮凝剂，制造工艺简单，能较强的去除水体中的重金属[7]，但絮凝效果差及水中Al3+含量高等缺点制约了PAC的应用[8]。

作者以PAC改性AG制得了一种新型吸附剂APAC，将其用于处理模拟废水中的镉离子。研究了改性前后AG的吸附效果、AG酸化改性的盐酸浓度、PAC与酸化AG的配比、吸附剂用量、吸附时间等影响因素，在优化的工艺条件下，实现了废水中镉离子的有效去除。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

聚合氯化铝：工业级，巩义市怡清净水材料有限公司；凹凸棒黏土：工业级，明光市飞龙凹凸棒黏土有限公司；盐酸：分析纯，上海三鹰化学试剂公司；硝酸镉：分析纯，上海金山亭新化工试剂厂；氢氧化钠：分析纯，无锡市展望化工试剂公司。

Aanalyst 800原子吸收光谱仪：美国Perkin Elmer仪器有限公司；Nicolet 5700红外光谱仪：美国Thermo Nicolet公司；YFX5/13Q-YC马弗炉：上海意丰电炉有限公司；TG16-WS台式高速离心机：湖南长沙湘仪离心机仪器有限公司；D2F-6021型恒温干燥箱：宁波江南仪器厂。

1.2 实验过程

1.2.1 AG的酸化

将AG分别与浓度为0.5、1.0、1.5 mol/L盐酸都按液固比为2∶1混合，在常温下磁力搅拌一定时间，然后加入等量的去离子水，放入离心机中固液分离，去掉上层清夜，重复3次；最后固相干燥，研磨得到酸化凹土。

1.2.2 PAC改性酸化AG制备APAC

按预定的铝土配比，称取一定量的酸化AG和PAC于200 mL烧杯中，再加入150 mL蒸馏水，常温搅拌1h，离心，洗涤，固相放入马沸炉中在500 ℃焙烧1 h，经研磨后制得吸附剂APAC。

2 结果与讨论

2.1 APAC的红外表征

制备得到的吸附剂APAC的红外光谱见图1。

σ/cm-1图1 APAC的红外光谱图

1 641 cm-1处的吸收峰是PAC的特征吸收峰，而在图1中可以看出该峰发生红移至1 632.4 cm-1，这可能与AG的引入有关；而在1 034.1 cm-1处的吸收峰则可能是Al—OH、Mg—OH中的弯曲振动所致。由此推断，制得的吸附剂APAC是一种具有特殊结构的无机高分子。

2.2 改性前后AG对镉离子去除率的影响

分别取0.5 g纯AG、酸化AG及APAC置于60 mL带盖离心管中，加入20 mL用七水硫酸镉配制的50 mg/L浓度的含Cd2+模拟废水。常温下，在振动器上震荡2 h，离心分离，用原子吸收光谱仪测定残留液中ρ(Cd2+)，计算得到Cd2+的去除率见表1。

表1 改性前后AG对镉离子去附率的影响

由表1可见，经聚合氯化铝改性的APAC对镉离子吸附效果最佳。

2.3 不同盐酸酸化浓度制得的APAC对镉离子去除率的影响

取0.5 g分别经0、0.5、1、1.5 mol/L盐酸酸化的AG与PAC改性制得的APAC置于60 mL带盖离心管中，加入20 mL用七水硫酸镉配制的50 mg/L的含Cd2+模拟废水。常温下，在振动器上震荡2 h，离心分离，用原子吸收光谱仪测定残留液中ρ(Cd2+)，计算得到Cd2+的去除率见图2。

由图2可见，c(盐酸)=0～1.0 mol/L时，镉离子去除率与c(盐酸)成正比；当c(盐酸)>1.0 mol/L时，去除率下降。因此，AG酸化的最佳c(盐酸)=1.0 mol/L。

c(盐酸)/(mol·L-1)图2 不同c(盐酸)对Cd2+去除率的影响

2.4 m(PAC)∶m(酸化AG)对镉离子去除率的影响

取0.5 g分别按m(酸化AG)∶m(PAC)为0.5∶1，0.7∶1，1∶1，1.5∶1改性制备得到的APAC置于60 mL带盖离心管中，加入20 mL用七水硫酸镉配制的50 mg/L的含Cd2+模拟废水。常温下，在振动器上震荡2 h，离心分离，用原子吸收光谱仪测定残留液中ρ(Cd2+)，计算得到Cd2+的去除率见图3。

m(酸化AG)∶m(PAC)图3 m(酸化AG)∶m(PAC)比对Cd2+的去除率的影响

由图3可见，m(酸化AG)∶m(PAC)<1∶1时，去除率随酸化AG增加逐渐增加，m(酸化AG)∶m(PAC)>1∶1时，去除率随酸化AG增加逐渐降低，因此最佳土铝比应为1∶1 。

2.5 APAC加入量对镉离子去除率的影响

取不同质量的APAC置于60 mL带盖离心管中，加入20 mL用七水硫酸镉配制的50 mg/L的含Cd2+模拟废水。常温下，在振动器上震荡2 h，离心分离，用原子吸收光谱仪测定残留液中ρ(Cd2+)，计算得到Cd2+的去除率见图4。

由图4可见，随着APAC加入量的增加，APAC对Cd2+的吸附率也增加，当APAC加入量达到0.5 g后，去除率变缓，因此，在镉离子量一定条件下，选择加入APAC量为0.5 g。

m(吸附剂)/g图4 APAC加入量对吸附率的影响

2.6 吸附时间对镉离子去除率的影响

取0.5 g APAC置于60 mL带盖离心管中，加入20 mL用七水硫酸镉配制的50 mg/L的含Cd2+模拟废水。常温下，在振动器上震荡不同时间，离心分离，用原子吸收光谱仪测定残留液中ρ(Cd2+)，计算得到Cd2+的去除率见图5。

t/h图5 吸附时间对吸附率的影响

由图5可见，随着吸附时间增大，镉离子率增加，最后趋于饱和。因此，选择吸附时间为2 h。

3 结 论

以聚合氯化铝改性盐酸酸化的凹凸棒土，制备得到了一种新型吸附剂APAC，通过红外光谱进行了确认，该吸附剂兼具PAC与AG的吸附优点。通过实验研究了其对模拟废水中镉离子的吸附效果，结果吸附性能良好，均比PAC和AG对镉离子的去除率高。同时，研究了相关影响因素，得出了优化的工艺参数，对工业上处理废水中的镉离子提供了理论基础和应用价值。

参 考 文 献：

[1] 陈怀满．土壤-植物系统中的重金属污染[M]．北京：科学出版社，1996：71-81．

[2] 刘王君，秦 善．层状硅酸盐矿物对重金属污染的防治[J]．岩石矿物学杂志，2001，20 (4)：461-466．

[3] 王红艳，张艳，周守勇．硫酸改性凹凸棒黏土的性能表征及吸附PbⅡ工艺研究[J]．淮阴师范学院学报，2005，4(1)：47-50．

[4] POTGIETER J H，POTGIETER-VERMAAK S S，KALIBAN-TONGA P D．Heavy metals removal from solution by palygorskite clay [J]．Minerals Engineering，2006，19：463-470．

[5] 王红艳，张莉莉，张 艳，等．酸处理对凹凸棒石黏土表面及其吸附Hg(II)的影响[J]．应用化工，2005，34 (2)：94-96．

[6] 胡振琪，杨秀红，高爱林．黏土矿物对重金属镉的吸附研究[J]．金属矿山，2004，336：53-55．

[7] 冯银厂，吴建会，朱垣，等．济南市环境空气中TSP和PM10来源解析研究[J]．环境科学研究，2004，17 (2)：1-5．

[8] 国家环境保护总局《空气和废气监测分析方法》编委会．空气和废气监测分析方法：4版[M]．北京：中国环境科学出版社，2003．413．