三聚硫氰酸三钠盐对水溶液中Cd2+、Hg2+的吸附研究

郭巧静

(山西省化工研究所(有限公司) , 山西 晋中 030600)

随着重工业的迅速发展，各类环境污染也接踵而来，尤其是重金属污染，有毒且难以降解，同时能够通过食物链在人体内堆积，严重威胁到人类的生存发展，对重金属污染的治理是现在社会亟待解决的问题[1]。三聚硫氰酸三钠盐(TMT)是一种环境友好的重金属离子吸附剂，无毒、无味，用量小，使用便捷高效，基本不产生二次污染，能够与重金属离子螯合生成难溶于水且化学稳定的化合物[2-3]。在重金属离子治理方面具有广泛的应用。

本文采用实验室自制的三聚硫氰酸三钠盐作为吸附剂，研究了三聚硫氰酸三钠盐对重金属离子Cd2+、Hg2+的吸附性能，考察了吸附剂(TMT)的使用量、pH值、温度、吸附时间等因素对吸附性能的影响。同时，还使用EDS能谱仪对吸附实验中所产生的沉淀物进行了元素分析。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

试剂：三聚硫氰酸三钠盐，实验室自制；氯化镉，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；氯化汞，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；NaOH，分析纯，天津市中泰化学试剂有限公司；盐酸，36%，成都市科隆化学品有限公司。

仪器：集热式恒温加热磁力搅拌器，DF-101S，苏州威尔实验仪器有限公司；电动搅拌器，DZ，传通微电器有限公司；低速离心机，SC-3610，安徽中科中佳科学仪器有限公司；电感耦合等离子体发射光谱仪，ICP3000，江苏天瑞；X射线能谱仪，EDS，美国。

1.2 实验方法

1.2.1对Cd2+、Hg2+的吸附试验

分别以氯化汞和氯化镉为原料，配制浓度均为100 mg/L的Cd2+水溶液和Hg2+水溶液的储备液备用。称取一定量的三聚硫氰酸三钠盐(TMT)于烧杯中，并在其中加入100 mL配备好的含镉离子和汞离子的水溶液(以下实验溶液取样均为100 mL)，密封后置于带有磁力搅拌的恒温水浴锅中进行搅拌吸附，吸附完成后对溶液进行离心分离，并取其上层清液，采用电感耦合等离子体法(ICP)，测定实验所得上清液中Cd2+、Hg2+离子的含量，并按照公式(1)计算其去除率。

(1)

式中：R,重金属离子的去除率；c0，重金属离子的初始浓度；c1，吸附后重金属离子的残余浓度。

1.2.2对沉淀物的分析表征

对吸附过程中产生的沉淀物进行过滤、干燥处理，通过EDS能谱仪对其进行元素分析。

2 实验内容

2.1 吸附剂的使用量对重金属离子去除率的影响

以浓度均为100 mg/L的Cd2+、Hg2+的水溶液为对象，分别在多组烧杯中加入30、40、50、60、70 mg的吸附剂进行吸附反应。考察吸附剂的使用量对重金属离子去除率的影响。结果如图1所示。

图1 吸附剂的使用量对重金属离子去除率的影响

从图1可知，随着吸附剂使用量的增加，重金属离子的去除率逐步增大，当吸附剂的使用量达到60 mg时，其去除效果达到最佳，之后逐步趋于平衡。这是因为吸附剂的使用量较小时，与Cd2+和Hg2+进行螯合的有效官能团的数量较小，不能够充分吸附Cd2+和Hg2+，因此对重金属离子的去除率较低；随着吸附剂使用量的增多，可与重金属离子发生螯合反应的吸附位点增多，重金属离子的去除率逐渐增大。

2.2 溶液的pH值对重金属离子去除率的影响

三聚硫氰酸三钠盐在水中有不同的存在形式，不同的pH值条件下，其存在形式不同，会影响吸附剂与重金属的螯合反应[4]。因此以浓度均为100mg/L的Cd2+、Hg2+的水溶液为对象，采用0.1mol/L的盐酸和氢氧化钠溶液将体系的pH值调节为4～8，并在其中投入60 mg吸附剂进行吸附反应，探讨了重金属离子溶液的pH值对去除率的影响，结果如图2所示。

图2 重金属离子溶液的pH值对重金属离子去除率的影响

从图2可以看出，随着pH值的增大，重金属离子的去除率先增大，后减小。在pH值为7时，Cd2+、Hg2+的去除率均达到最大，分别为84.41%和88.02%。当pH值较低时，两种重金属离子的去除率都比较低，这主要是因为pH值<5时，三聚硫氰酸三钠盐在水中主要以(H3C3N3S3)0的形式存在，该形式下较难溶于水，因此较难与重金属离子发生螯合反应[4]。

2.3 吸附温度对重金属离子去除率的影响

一般情况下，重金属离子的去除率随着吸附温度的升高而增大，这可能是因为重金属离子的运动速度加快或者吸附剂表面活性位点增加造成的[5]。因此以浓度均为100 mg/L，pH值均为7的Cd2+、Hg2+的水溶液为对象，探讨了不同吸附温度下三聚硫氰酸三钠盐对Cd2+、Hg2+去除率的影响，同时探究该吸附过程的最佳温度条件。结果如图3所示。

由图3可知，两种重金属离子的去除率均随着温度的升高呈现出先增大后减小的趋势。吸附温度为20 ℃时，Hg2+的去除率达到最高，为97.44%。吸附温度为30 ℃时，Cd2+的去除率达到最大，为98.88%。

图3 吸附温度对重金属离子去除率的影响

2.4 吸附时间对重金属离子去除率的影响

当未达到平衡状态时，重金属离子的吸附量随着吸附时间的增加而增加。达到吸附平衡所需的时间越短，说明该吸附剂吸附性能越好。综上所述，对于浓度为100 mg/L的Cd2+、Hg2+的水溶液，吸附剂的使用量为60 mg，溶液的pH值为7，吸附温度为30 ℃时，重金属离子的去除效果最佳。因此，考察了该条件下，吸附时间对其去除率的影响，结果见图4。

图4 吸附时间对重金属离子去除率的影响

从图4可知，重金属离子的去除率随着吸附时间的增加逐渐增大并趋于平衡。吸附时间达到5 h时，重金属离子的去除率达到最大。这是因为吸附时间比较短时，不能够充分吸附水中的Cd2+和Hg2+，因此去除率也比较低。随着吸附时间的延长，吸附位点逐渐达到了饱和，所以即使继续延长吸附时间，其去除率也不会继续增加[6]。

3 沉淀产物的能谱仪分析

对实验中收集到的沉淀产物进行了EDS分析，结果如图5、图6所示。由图5、图6可知：①当用三聚硫氰酸三钠盐(TMT)对含有重金属离子Cd2+的溶液进行处理后，在过滤后所得的沉淀产物中可以测量到Cd元素的存在，证明TMT确实吸附了重金属离子Cd2+。②当用三聚硫氰酸三钠盐(TMT)对含有重金属离子Hg2+溶液进行处理后，在过滤后所得的沉淀产物中可测量到Hg元素的存在，证明Hg2+被成功吸附。

图5 吸附Cd2+沉淀产物的EDS图谱

图6 吸附Hg2+沉淀产物的EDS图谱

4 结论

本研究确定了三聚硫氰酸三钠盐对水体中的重金属离子Cd2+、Hg2+的最优吸附条件，当三聚硫氰酸三钠盐的使用量为60 mg，pH值为7，吸附时间为5 h时，吸附效果最佳；并且吸附温度为30 ℃时，Cd2+的去除率达到最高，为98.88%；吸附温度为20 ℃时，Hg2+的去除率达到最高，为97.44%。通过EDS能谱仪对吸附过程中产生的沉淀物进行元素分析，可以检测到沉淀物中有Cd和Hg元素的存在，证明Cd2+和Hg2+被成功吸附。