壳聚糖改性硅藻土处理镉废水的研究

佘雪玲　黄家全　张宇娴

摘 要：镉是对人体有严重危害的五种重金属之一，也是“五毒”之首。为了处理低浓度的含镉废水，本文运用吸附法原理，研究壳聚糖相对于硅藻土的含量比例、投加量、初始pH、初始浓度以及接触时间对镉去除率的影响。研究所得到的结论为：壳聚糖改性硅藻土含量比例为10%、投加量是10g/L、废水初始pH为6、废水初始浓度不高于20mg/L、接触时间为30min时，对镉的去除率效果最佳。最后通过表征探究出壳聚糖改性硅藻土的改性机理以及对水体中镉的吸附机理。

关键词：壳聚糖 硅藻土 镉 改性

一、前言

如今水环境中镉污染日益严重，在2003年7月1日颁布的《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918—2002）》中，工业废水排放要求总镉含量低于0.1 mg/L，更将污水处理厂出水中的总镉含量标准定为0.01mg/L以下，可看出对镉的含量是要求极严，而现实中镉的排放量也是属于低浓度的范畴，因此本论文研究对低浓度的镉废水的处理具有一定的现实意义。

目前我国对生态环境的重视程度越来越大，而且在水污染方面的力度较大，特别是重金属的污染。如今吸附剂的应用是去除水体中重金属的重要手段，但吸附剂的选择是大量学者所研究的方向，找到一种廉价大量、稳定、吸附量大的材料成了很多人的目标。

二、实验部分

2.1试剂与仪器

试剂：硅藻土粉末，南京化学试剂股份有限公司；壳聚糖，济南海得贝海洋生物工程有限公司；国家标准样品镉溶液，环境保护部标准样品研究所；醋酸，广州化学试剂厂；所用水为去离子水。

仪器：原子吸收分光光度计，北京普析通用有限公司；电热恒温鼓风干燥箱，上海齐欣科学仪器有限公司；低速离心机，安徽中科中佳科学仪器有限公司。

2.2实验方法

采用单因素实验的分析方法，将壳聚糖与硅藻土的质量配比、投加量、初始pH值作为壳聚糖改性硅藻土吸附有机废液的影响因素，通过控制变量的方法，探究确定壳聚糖改性硅藻土处理低浓度镉废水的最佳条件。该方法是在实验过程中通过控制其他因素保持固定不变的情况下，考察某一因素出现变化时，使得镉去除率产生的相应规律性的变化，从而揭示该因素对镉去除率的影响效果。本文的实验是在50ml 镉溶液中加入一定量的吸附剂，置于恒温振荡器内振荡反应120min，一定时间后离心过滤，使用原子吸收方法测定吸附平衡后上清液中残留的镉离子含量。水溶液中镉的去除率和吸附剂的吸附能力。

三、结果与讨论

3.1含量比例对去除率的影响

所测得的数据如图3-1所示。实验考察了不同含量比例的壳聚糖改性硅藻土对镉去除率的影响，当含量比例为10%时，其他条件相同时，反应制取的改性硅藻土对镉去除率最大，最符合要求。其去除率相当于原硅藻土的两倍左右，当继续加大壳聚糖在改性土中的比例时，去除率反而降低，其原因是：当含量比例大约为10%时，壳聚糖与硅藻土大体完全反应，在0～10%含量比例的范围内，镉去除率随着含量比例的增大而增大，而继续加入壳聚糖一方面会使反应环境逐渐呈强酸性[1]，不利于改性土对镉的吸附；另一方面过多的壳聚糖也会堵塞多孔的硅藻土，从而导致镉的去除率有下降的趋势。

3.2投加量对镉去除率的影响

所测得的数据如图3-2所示，实验考察了投加量对镉去除率的影响。当投加量为5～40 g/L之间时，改性硅藻土對Cd2+的去除率随投加量增加而提高，其主要原因可能是：一方面由于增加吸附剂的用量，从而增加了总比表面积和吸附位点，而改性硅藻土表面缝隙也很多，投加量的增加会使吸附量变大。

3.3初始pH值对镉去除率的影响

所测得的数据如图3-3所示，实验考察了初始pH值对镉去除率的影响。在pH=6附近时，壳聚糖改性硅藻土对镉的吸附效率最高，最符合条件，当pH不断降低时，即溶液呈现出强酸的环境时，去除率也随之减少；反之当pH不断增大时，即溶液环境呈现出碱性时，其去除率也不断下降[2]。其原因是：（1）硅藻土在水中的溶解度不高，但是在弱酸中较易溶解，另一方面壳聚糖也是容易溶于稀酸，而且酸能清除硅藻土结构孔隙中的金属离子，增大有效吸附面积。当pH不断降低时，不仅会降低硅藻土和壳聚糖的溶解度，影响二者的相互反应，而且强酸环境也不利于重金属的吸附，从而导致去除率较低；除此之外，在pH较低时，镉离子和质子为了共同的吸附位点进行竞争；同时，Cd2+和带正电荷的吸附剂表面发生静电排斥，所以导致较低的去除率。（2）随着pH升高至6附近时，吸附剂表面羟基基团的质子化程度降低，从而提高了去除率，但当pH再不断增大时，Cd2+容易在碱性条件下生成难溶物CdCO3等物质，抑制了壳聚糖改性硅藻土对镉的吸附，导致其去除效率降低[3]。

四、结论

本实验运用了物理化学法吸附法，利用丰富廉价的硅藻土作为骨架，使用吸附能力强的壳聚糖进行改性，得到的材料提高了含Cd2+的废水的处理效果。研究得到：在25℃，废水pH为6，吸附剂用量为10 g/L时，采用含量比例为10%的壳聚糖改性硅藻土作为吸附剂对50 mL的 Cd2+溶液 （5mg/L） 的作用最大，吸附能力最强，具有一定的前景和可行性。

参考文献：

[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] 龚真萍.壳聚糖改性硅藻土对酸性染料废水的处理效果[J].毛纺科技，2016，44（09）：31-35.

[3] 任书平. 壳聚糖混合改性硅藻土去磷除藻研究[D].湖南大学，2010.