膨潤(rùn)土負(fù)載殼聚糖吸附汞離子試驗(yàn)研究

蔣 琳 孫國(guó)興

汞是一種在生物體內(nèi)和食物鏈中具有永久性累積的有毒物質(zhì),對(duì)人類的生存健康威脅較大[1]。膨潤(rùn)土的主要成分是蒙脫石,其八面體的片狀結(jié)構(gòu)容易使其內(nèi)部的陽(yáng)離子與外界其他陽(yáng)離子產(chǎn)生交換,從而達(dá)到凈化污染物的效果[2]。殼聚糖是自然界中存在的唯一堿性多糖,對(duì)過(guò)渡金屬有良好的螯合作用,利用殼聚糖對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行改性,可去除廢水中的銅、鎘、汞等重金屬離子[3]。改性膨潤(rùn)土對(duì)Cr(Ⅳ),Pb2+以及Cd均有良好的吸附效果[4,5],本文通過(guò)試驗(yàn)考察了殼聚糖改性膨潤(rùn)土對(duì)廢水中汞離子的吸附效能。

1 材料與試驗(yàn)方法

1)試驗(yàn)材料。鈣基膨潤(rùn)土(南京湯山膨潤(rùn)土有限公司),乙酸,殼聚糖(脫乙酰度為 90%),含汞廢水(取自江蘇某化工廠,汞離子濃度約為830mg/L)。

2)主要儀器設(shè)備。721型分光光度計(jì)(上海精密科學(xué)儀器有限公司),磁力加熱攪拌器,pH-3B型酸度計(jì)(上海雷磁儀器廠),GL-16G型離心機(jī),恒溫干燥箱。

3)膨潤(rùn)土制備。取15 g殼聚糖放入體積分?jǐn)?shù)為5%的乙酸中,緩慢加熱攪拌至完全溶解,然后向其中加入200g膨潤(rùn)土繼續(xù)攪拌2 h。經(jīng)離心分離、洗滌后,利用擠出造粒機(jī)制成直徑為1 mm的顆粒。將顆粒樣品在烘箱中烘干,備用。

4)測(cè)試方法。用雙硫腙分光光度法測(cè)定水樣中汞離子的含量,通過(guò)公式計(jì)算膨潤(rùn)土對(duì)汞離子的吸附率:吸附率=[(Co-Ce)/Co]×100%。其中,Co為汞離子初始濃度,mg/L;Ce為吸附后溶液濃度,mg/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗(yàn)

1)吸附劑投加量對(duì)吸附率的影響。向5個(gè)200mL燒杯中加入汞離子濃度為100mg/L的廢水至刻度處,然后調(diào)節(jié)pH至7。分別向5個(gè)燒杯中加入制備好的膨潤(rùn)土100mg,150mg,200mg,250mg,300mg,振蕩吸附60min后取離心水樣上清液測(cè)定殘留汞離子,并計(jì)算吸附率(見(jiàn)圖1)。吸附劑投加量對(duì)吸附率影響明顯,吸附率與投加量成正相關(guān)。

2)初始汞離子濃度對(duì)吸附率的影響。保持溶液pH=7,分別向8個(gè)200mL燒杯中各加入膨潤(rùn)土300mg,測(cè)定膨潤(rùn)土在初始汞離子濃度為 100mg/L,200mg/L,300mg/L,400mg/L,500mg/L,600mg/L,700mg/L,800mg/L時(shí)的吸附率(見(jiàn)圖2)。當(dāng)水中汞離子濃度超過(guò)400mg/L以后,吸附率下降十分明顯,說(shuō)明吸附已經(jīng)飽和。

3)溶液pH對(duì)吸附率的影響。在膨潤(rùn)土投加量為300mg,初始汞離子濃度為100mg/L時(shí),分別考察濃液pH=1,3,5,7,9,11時(shí)的吸附率(見(jiàn)圖3)。在酸性條件下不利于吸附的進(jìn)行,在pH=7或在弱堿性環(huán)境下吸附率達(dá)到最大值。

2.2 回歸正交試驗(yàn)

確定影響膨潤(rùn)土負(fù)載殼聚糖吸附汞離子的主要影響因素為膨潤(rùn)土投加量、初始汞離子濃度、反應(yīng)pH。選定L8(27)正交表(考慮因素 x1與因素 x2,因素 x1與因素 x3的交互作用),進(jìn)行回歸正交分析。準(zhǔn)確稱取8份一定量的膨潤(rùn)土負(fù)載殼聚糖分別放到200mL燒杯中,向燒杯中加入含一定量汞離子濃度的廢水至200mL刻度,調(diào)節(jié)至設(shè)計(jì)pH,吸附60min后,將水樣離心,并取離心后上清液測(cè)定其水汞離子含量。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。由正交試驗(yàn)結(jié)果可以得到影響膨潤(rùn)土負(fù)載殼聚糖對(duì)汞離子吸附率的因素從大到小的順序是:x1＞x2＞x3＞x1x2＞x13。

通過(guò)表2方差分析可知膨潤(rùn)土投加量、初始汞離子濃度和吸附pH對(duì)吸附率的影響顯著,膨潤(rùn)土投加量分別與初始汞離子濃度、吸附pH的交互作用對(duì)結(jié)果影響不顯著,因此可以得到回歸方程為:

將編碼公式:z1=(x1-200)/100,z2=(x2-450)/350,z3=(x3-6)/5代入原回歸方程中整理得到:

表1 正交試驗(yàn)表

表2 方差分析表

3 結(jié)語(yǔ)

1)吸附率與膨潤(rùn)土投加量正相關(guān),與初始汞離子濃度負(fù)相關(guān);酸性條件下的吸附率很低,最佳pH條件為7或弱堿性。2)影響膨潤(rùn)土負(fù)載殼聚糖對(duì)汞離子吸附率的大小順序?yàn)?膨潤(rùn)土投加量＞初始汞離子濃度＞吸附pH,各因素間交互作用不明顯。3)通過(guò)回歸正交試驗(yàn)得到吸附率與影響因素之間的關(guān)系式為:

[1]任建莉,周勁松,駱仲泱,等.汞吸附過(guò)程的試驗(yàn)研究和數(shù)學(xué)模型[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2006,26(11):1-6.

[2]邵 紅,程 慧,李佳琳.負(fù)載殼聚糖膨潤(rùn)土的制備及其吸附性能的影響[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2009,3(9):1597-1601.

[3]翟佳贏,李建熹,徐景陽(yáng).膨潤(rùn)土負(fù)載殼聚糖吸附劑處理染料廢水的實(shí)驗(yàn)研究[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué),2009,35(4):70-101.

[4]李增新,王 彤,黃海蘭,等.殼聚糖改性膨潤(rùn)土修得土壤鎘污染的研究[J].土壤通報(bào),2009,40(1):177-178.

[5]劉 闖,羊依金,陳紅燕,等.膨潤(rùn)土顆粒吸附劑的制備及廢水中鉛離子的處理研究[J].資源開(kāi)發(fā)與市場(chǎng),2009,25(10):865-882.