膨润土负载纳米零价铁去除废水中Cd(Ⅱ)的研究

2017-09-15

福建质量管理 2017年13期

(合肥工业大学安徽合肥 230000)

殷齐贺

(合肥工业大学安徽合肥230000)

纳米零价铁比表面积大、反应活性高，已成为研究的热点，但纳米铁易团聚，对污染物吸附性不好的缺陷限制了其应用[1]。本研究用天然矿物膨润土作为基质，对纳米铁进行了负载以克服其团聚，制备了膨润土负载纳米零价铁(B-nZVI)。采用硼氢化钠液相还原法制备膨润土负载纳米零价铁，将其分别用于处理初质量浓度20mg/L的Cd(Ⅱ)溶液，结果显示膨润土负载纳米零价铁(B-nZVI)效果很好，去除率高达98%以上。批实验结果显示，膨润土负载纳米零价铁对Cd(Ⅱ)的去除率与pH值、反应温度和纳米零价铁投加量和Cd(Ⅱ)初始质量浓度有关.

含镉废水；膨润土负载纳米零价铁

随着中国的工业化脚步的加快，国内经济已经逐渐的发展起来，伴随着经济的发展工业污染废水渐渐增多起来，并且已是现阶段制约经济发展的重要因素之一，寻找出一条经济环保的处理工业污水方法已经迫在眉睫。

20世纪初发现镉以来，镉的产量逐年增加.镉广泛应用于电镀工业、化工业、电子业和核工业等领域[2]。镉是炼锌业的副产品，主要用在电池、染料或塑胶稳定剂，它比其它重金属更容易被农作物所吸附[3]。相当数量的镉通过废气、废水、废渣排入环境，造成污染.污染源主要是铅锌矿以及有色金属冶炼、电镀和用镉化合物作原料或触媒的工厂[4]。如何在经济建设中保证对环境的污染最小化，达到经济和环境协调发展，是重要课题。本课题研究膨润土负载的纳米铁处理含镉废水，找出一条最高效的处理含镉废水的方法，在解决工业废水难以处理的问题有重要意义。

膨润土负载的纳米零价铁(B-nZVI)处理含镉废水有以下几个优点：具有粒径小、比表面积大、反应活性高以及吸附性与还原性强等特性，对重金属离子有很强的净化能力[5]。膨润土负载的纳米零价铁直径数量级只有1～100nm，比表面积大、活性点多，可以大大提高去除Cd(Ⅱ)的反应速率[6]。

一、实验设计

本次设计，主要研究膨润土负载纳米零价铁对含隔废水处理的最佳投加量以及最佳PH，从而，得出最佳的膨润土负载纳米零价铁处理含镉废水的方案。

(一)含镉模拟废水的配制

含Cd(Ⅱ)模拟废水的配置：称取CdCl2·2.5H2O 0.2031g，用蒸馏水溶解后，移入1000mL容量瓶中，稀释至标线，此溶液Cd(Ⅱ)浓度为100mg/L。在此基础上稀释成10、20、40和50mg/L的模拟含铬废水。

(二)膨润土负载纳米零价铁的复合材料的制备

将2g膨润土加入300mL 1mol/L的NaBH4溶液中充分混合。称取10g FeCl2·4H2O加入150mL无水乙醇和50mL超纯水的混合液中，配成亚铁溶液。用滴管将亚铁溶液滴入膨润土和NaBH4的混合液后放入振荡器振荡2h后过滤分离。分离出来的材料再用400mL无水乙醇洗净后在50℃干燥箱中烘干待用，负载了纳米零价铁的膨润土标记为膨润土+纳米零价铁。

二、实验结果

(一)膨润土负载纳米零价铁的最佳投加量实验

表1 膨润土负载纳米零价铁最佳投加量的确定

图1 膨润土负载纳米零价铁最佳投加量

在不调节溶液pH(初始基本为6)，振荡时间为180min，振荡温度为20℃的条件下，投加量对镉去除效率的实验结果如(表1)所示。根据(表1)绘制的(图1)可以看出，镉的去除效率开始随着吸附剂投加量增加而迅速增大，当B-nZVI的投加量达到0.025g时，其吸附容量已趋于平衡，此时镉的去除率为98.50%。

(二)初始pH对膨润土负载纳米零价铁处理镉的影响

从表2和图2可以看出，pH为2～4时，铬去除率随着pH的升高而升高，pH为4～6时，镉去除率基本趋于平稳，由此可得出最佳除镉pH在6左右。因为在一定酸性范围内，当pH值较高时，有利于重金属离子的水解，其水解产物的亲和力比重金属离子的大，有利于镉离子的去除。

表2 初始pH对膨润土负载纳米零价铁的影响

图2 初始pH对膨润土纳米零价铁的影响

(三)膨润土负载纳米零价铁的不同初始浓度和反应时间实验的影响

在不调节溶液pH，振荡温度为20℃，B-nZVI投加量为0.2g的条件下，镉初始浓度和反应时间对镉去除效率的实验结果如(表3)所示。根据(表3)绘制的(图3)可以看出，镉的去除效率随着反应时间的增加而增大，这一规律在反应了60min时最为明显，B-nZVI对初始浓度分别为10、20、40、50mg/L的含镉废水去除率分别为99.39%、99.68%、99.71%和99.78%，随着镉初始浓度的增加，B-nZVI对含镉废水的去除率降低。