不同改性玉米芯對含鎘污水的處理效果

嚴素定等

摘要：分別采用ＫＯＨ、磷酸和檸檬酸對玉米芯進行改性處理，制得４種改性玉米芯ＭＣ－１～ＭＣ－４。通過單因素試驗和正交試驗探討了玉米芯吸附Ｃｄ２＋的適宜改性方法和最佳條件。結果表明，用ＫＯＨ對玉米芯改性時，最佳活化溫度為７５０℃；當溶液ｐＨ為６、玉米芯投加量為５．００ ｍｇ／ｍＬ、吸附劑種類為ＭＣ－２時改性玉米芯對Ｃｄ２＋的吸附效果最佳。進一步研究表明，在最佳條件下，將改性玉米芯ＭＣ－２應用于含鎘生活污水處理時，污水中的其他組分對改性玉米芯吸附Ｃｄ２＋的效果有干擾。

關鍵詞：改性玉米芯； 含鎘污水； 吸附效果

中圖分類號：Ｘ７０３．１文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０12）04－0702-03

近年來，利用廉價的農業廢棄物處理低濃度重金屬廢水已引起人們的高度重視［１－３］。利用玉米芯處理重金屬廢水時需要對其改性，多數研究者關注的是其中某一種改性方法，而關于玉米芯多種改性方法的對比研究報道較少。通過在相同試驗條件下，研究不同改性方法下的玉米芯對含鎘污水的處理，比較其處理效果，確定玉米芯處理含鎘污水時最適宜的改性方法和最佳處理條件。

１材料與方法

１．１材料

玉米芯。由黃石市某菜市場購得玉米芯后，沖洗除去表面雜質，室溫干燥，破碎過篩后儲存備用。含鎘生活污水中的Ｃｄ２＋由分析純ＣｄＣｌ２·２．５Ｈ２Ｏ配制而成，生活污水其他組分由分析純葡萄糖、可溶性淀粉、尿素、氯化銨、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、氯化鈉、硫酸鎂和三氯化鐵等模擬配制而成。

１．２玉米芯的改性方法

１）ＭＣ－１（ＫＯＨ處理）。將預處理后的３～４ ｍｍ玉米芯置于坩堝中，在炭化溫度為４５０ ℃下干餾３０ ｍｉｎ；按ＫＯＨ與炭化后的原料質量比為３∶１的比例，將稱好的原料浸漬于ＫＯＨ飽和溶液內０．５ ｈ，烘干，在一定溫度下活化１．０ ｈ，活化加熱速率為３０ ℃／ｍｉｎ，冷卻；用去離子水洗至中性，在１２０℃下烘干制得改性玉米芯ＭＣ－１。

２）ＭＣ－２（ＫＯＨ處理）。干餾１．０ ｈ，活化１．２ ｈ，其他處理同ＭＣ－１。

３）ＭＣ－３（磷酸處理）。稱取５０ ｇ ３～４ ｍｍ并經水洗的玉米芯，置于５００ ｍＬ的大燒杯中，加入１００ ｍＬ １ ｍｏｌ／Ｌ磷酸溶液，攪拌１．０ ｈ，離心去除液體部分，在５０ ℃下烘干，然后升溫至１８０ ℃加熱２．０ ｈ，用７５ ℃去離子水清洗去除游離磷酸，然后在５０ ℃下烘干制得改性玉米芯ＭＣ－３。

４）ＭＣ－４（檸檬酸處理）。分別稱取５０ ｇ ３～４ ｍｍ并經水洗的玉米芯，置于５００ ｍＬ的大燒杯中，加入１００ ｍＬ ０．６ ｍｏｌ／Ｌ檸檬酸溶液，攪拌１．０ ｈ，離心去除液體部分，在５０ ℃下烘干，然后升溫至１３０ ℃加熱２．０ ｈ，用７５ ℃去離子水清洗去除游離的檸檬酸，然后在５０ ℃下烘干制得改性玉米芯ＭＣ－４。

１．３測試方法

Ｃｄ２＋采用原子吸收分光光度法測定；ＮＨ３－Ｎ采用納氏試劑分光光度法測定；ＣＯＤ采用標準Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７法測定；ｐＨ采用玻璃電極法測定。

２結果與分析

２．１活化溫度對改性玉米芯吸附性能的影響

利用ＫＯＨ對玉米芯改性時，文獻中報道的活化溫度范圍大多在６００～８５０ ℃之間［4-6］，因此，研究中活化溫度分別設定為６５０、７５０和８５０ ℃，吸附時間固定為２．０ ｈ，以改性玉米芯得率和Ｃｄ２＋吸附率（表１）作為響應指標。從得率來看，活化溫度越高，得率越低；從吸附效果來看，吸附率由大到小所對應的活化溫度分別為７５０、８５０和６５０ ℃；綜合來看，活化溫度為６５０ ℃時，雖然玉米芯得率比較高，但是吸附率較低，而活化溫度為８５０ ℃時，雖然吸附率比較高，但是玉米芯得率較低。因此，綜合玉米芯改性后的得率和對Ｃｄ２＋的吸附率兩個因素，確定７５０ ℃為最優活化溫度。

２．２改性玉米芯對Ｃｄ２＋的吸附

玉米芯吸附Ｃｄ２＋的試驗中，吸附時間固定為２．０ ｈ，Ｃｄ２＋初始濃度固定為５．０００ ０ ｍｇ／Ｌ，其他試驗因素和水平設置見表２。采用正交表Ｌ１６（４５）進行試驗設計（取前３個因素），共１６個處理，試驗結果見表３。由表３可知，在影響玉米芯吸附Ｃｄ２＋的因素中，吸附劑種類效應最大，其次是ｐＨ，玉米芯投加量影響最小。最佳組合為Ａ１Ｂ４Ｃ２，即ｐＨ為６，玉米芯投加量為５．００ ｍｇ／ｍＬ，以４５０ ℃干餾１．０ ｈ，在ＫＯＨ飽和溶液內浸泡后以７５０ ℃活化１．２ ｈ制得的改性玉米芯ＭＣ－２對Ｃｄ２＋的吸附效果最佳。將此最佳組合作為一個處理進行試驗，Ｃｄ２＋吸附率高達９８．６４％，出水濃度為０．０６７ ９ ｍｇ／Ｌ，達到《污水綜合排放標準》（ＧＢ８９７８—１９９６）的要求。

２．３改性玉米芯對含鎘生活污水的處理

根據正交試驗結果所確定的最佳吸附條件，將５．００ ｍｇ／ｍＬ的吸附劑ＭＣ－２投加到含Ｃｄ２＋的模擬生活污水中，調節ｐＨ為６，反應２．０ ｈ，所得試驗結果見表４。從表４可以看出，改性玉米芯對生活污水中ＣＯＤCr和ＮＨ３－Ｎ吸附率均低于１２％，且Ｃｄ２＋吸附率（６８．２０％）相對于吸附試驗中的吸附率（９８．６４％）也有較大幅度降低，這主要是由于改性玉米芯的部分吸附位點被生活污水中的有機物和其他無機物所占據，因此生活污水中的其他組分對改性玉米芯吸附Ｃｄ２＋的效果有干擾。

３小結

試驗結果表明，用ＫＯＨ改性玉米芯時，最佳活化溫度為７５０ ℃；ｐＨ為６、玉米芯投加量為５．００ ｍｇ／ｍＬ、吸附劑種類為ＭＣ－２時改性玉米芯對Ｃｄ２＋的吸附效果最佳；生活污水中的其他組分對改性玉米芯吸附Ｃｄ２＋的效果有干擾。

參考文獻：

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