沸石負載稀土元素鑭吸附處理含鎘廢水試驗

鄧書平

（營口理工學院，遼寧 營口 115014）

沸石負載稀土元素鑭吸附處理含鎘廢水試驗

鄧書平

（營口理工學院，遼寧 營口 115014）

以稀硫酸和稀土元素鑭離子改性天然沸石，制得改性稀土沸石。采用正交試驗研究改性稀土沸石吸附處理模擬含鎘廢水，結果表明：在改性稀土沸石投加量為1.3g/L、pH值為6、吸附時間100min和反應溫度20℃條件下，濃度為50mg/L模擬含鎘廢水中鎘的去除率可達98%以上。

沸石；稀土；吸附；含鎘廢水

1 前言

鎘污染主要來源于鉛鋅礦的開采，合金鋼的生產，電鍍、染料、玻璃等生產過程。金屬鎘毒性很低，但其化合物毒性很大。人體的鎘中毒主要是通過呼吸道和消化道攝取被鎘污染的空氣、食物、水而引起。據報道，居民如果長期飲用濃度超過0.2mg/L的含鎘水時，就可引發“骨痛病”。進入人體中的鎘主要累積于肝、腎、胰腺、甲狀腺和骨骼中。使人體臟器發生病變，造成骨質松軟、神經痛、貧血、腎炎和分泌失調等病癥，所以含鎘廢水排放前必須進行處理。

沸石具有很大的比表面積和大量的微孔，因而具有較強的吸附能力。但由于天然沸石中的孔道不夠均勻且相互連通的程度差，因此就必須對天然沸石進行改性處理。

稀土應用于污水治理已逐漸成為一個新的技術熱點，有研究表明：利用La3+溶液浸漬沸石，經焙燒后可生成活性物氧化鑭，它在水溶液中易與水配位，水溶解生成羥基化表面。表面羥基在溶液中能發生質子遷移，表現出兩性表面特征及相應的電荷。經La3+溶液改性的沸石表面覆蓋羥基后易與陽陰離子生成表面配位絡合物，從而可進一步提高沸石的吸附能力。

本試驗就是對天然沸石改性處理，制備具很強吸附性能的改性稀土沸石，并考察了不同條件下改性稀土沸石對Cd2+的吸附性能。

2 材料及方法

2.1 材料

天然沸石取自遼寧阜新，其化學組成見表1。

表1 天然沸石化學成分

2.2 儀器及試劑

儀器：JN-2004電分析天平、UV-751型分光光度計、THZ-92A型臺式恒溫振蕩器、酸度計、干燥箱、離心機等。

試劑：分析純六水硝酸鑭、CdCl2·5H2O。

2.3 改性稀土沸石制備

2.3.1 沸石改性

稱取一定量天然沸石在650℃下焙燒30min，再向其中加入1mol/L的稀硫酸，浸泡2h，過濾，用蒸餾水洗至中性[1]，烘干，制得酸改沸石。

2.3.2 稀土沸石的制備

向La3+濃度為0.36mol/L的溶液中加入氨水，調節pH值至10，再按固液比1∶10，投加改性沸石，浸漬24h，過濾，再用洗滌至中性，干燥，最后在500℃下再焙燒lh，冷卻，研磨過100目篩，得改性稀土沸石[2]。

2.4 靜態吸附試驗

取一定濃度的含鎘廢水100mL于250mL錐形瓶中，再加入一定量改性稀土沸石，調節模擬廢水的pH值至某一數值，一定溫度下于恒溫振蕩器吸附，靜置離心分離。用雙硫腙分光光度法測定吸附后模擬廢水中Cd2+濃度。并計算去除率η。

式中：ρ0——處理前模擬廢水中Cd2+的濃度，mg/L；

ρe——處理后模擬廢水中Cd2+的濃度，mg/L。

3 結果與討論

3.1 單因素試驗結果分析

3.1.1 天然沸石與改性稀土沸石吸附能力比較

取兩等份模擬含鎘廢水向其中分別加入等量改性稀土沸石和天然沸石，比較兩種吸附劑對鎘的吸附處理能力，見圖1。

圖1 天然沸石與改性稀土沸石對Cd2+吸附性能比較

由圖1可知，天然沸石和改性稀土沸石對Cd2+的吸附量隨吸附時間增加而增加，但在相同吸附時間里，改性稀土沸石對Cd2+的吸附能力遠高于天然沸石。吸附95min后，兩種吸附劑對Cd2+的吸附基本達到平衡。

3.1.2 pH值對鎘離子去除率的影響

向8份100mL含鎘廢水中加入等量改性稀土沸石，調溶液至不同的pH值，考察廢水不同pH值對Cd2+去除效果的影響[3]，見圖2。

圖2 pH值對Cd2+去除效果的影響

由圖2可見，在酸性環境下，Cd2+的去除率隨著模擬廢水pH值升高而增大，主要原因是在強酸性條件下溶液中存在大量H+，H+與Cd2+產生競爭吸附，減少了改性稀土沸石對Cd2+的吸附量；隨著溶液pH值升高，溶液中H+減小，H+所產生的吸附競爭減弱，因此，改性稀土沸石對Cd2+的吸附量增加，去除率提高。而當pH值高于7時，Cd2+去除率接近100%，這主要是由于Cd2+在堿性環境中生成沉淀，從而降低了Cd2+在溶液中的含量，所以Cd2+在pH值堿性環境中試驗無意義。因此試驗選擇廢水pH值為6。

3.1.3 改性沸石加入量對鎘離子去除率的影響

取6等份濃度為50mg/L的含鎘廢水，向其中加入不等量改性稀土沸石，室溫，pH值為6，吸附攪拌時間為95min的條件下，考察不同稀土沸石投加量對Cd2+去除效果的影響[4]，見圖3。

圖3 不同投加量對Cd2+去除效果的影響

由圖3可知，Cd2+的去除率隨改性稀土沸石投加量的增加而提高，當改性稀土沸石投加量達到1.3g/L時，Cd2+去除率可達98%；繼續加入改性稀土沸石量，Cd2+的去除率提高趨于平緩。

3.2 正交試驗結果與分析

3.2.1 正交試驗設計

根據因素試驗結果分析，為考察各種試驗條件下改性稀土沸石對Cd2+去除效果的影響，特設計正交試驗。選擇改性稀土沸石用量(A)、pH值(B)、時間(C)、溫度(D)作為正交試驗中的4個影響因素，并且

每個因素選取4個水平。然后參照正交表分別進行試驗[5]，正交試驗因素水平見表2。

表2 正交試驗的因素與水平

3.2.2 結果與分析

按照L16(44)正交試驗計劃表的各種因素水平分別進行試驗，試驗設計見表3。

表3 正交試驗設計方案

根據表3正交試驗設計方案對A、B、C、D 4個影響因素進行極差分析研究，結果見表4。

根據表4極差結果分析，影響改性稀土沸石對Cd2+去除率的各因素的重要性順序為：A＞C＞D＞B，即改性稀土沸石投加量＞pH值＞吸附時間＞溫度。最佳水平組合為：A3B3C4D1，即當改性稀土沸石投加量為1.3g/L，吸附時間為100min，pH值為6，反應溫度為20℃。在上述條件下再進行試驗，改性稀土沸石對模擬廢水中Cd2+去除率可達98%。

表4 正交試驗結果分析

4 結論

(1) 我國沸石儲量居世界前列，資源豐富。如果能利用改性沸石取代昂貴的其他水處理材料用于水處理領域，將能大大的降低企業治污的成本。

(2) 改性稀土沸石對Cd2+的最佳試驗條件為pH值為6，改性稀土沸石投加量1.3g/L，吸附時間100min，反應溫度20℃，在此條件下，改性稀土沸石對模擬廢水中Cd2+的去除率可達98%。

(3) 該方法處理含鎘廢水效果好，操作簡便，處理成本低。

[1]戴雙林，王榮昌，趙建夫.改性沸石去除廢水中氮和磷的機理與應用[J].凈水技術，2011，30(6)：53-57.

[2]喆江，寧平，普紅平，等.稀土吸附劑的制備及去除水中氨氮的研究[J].武漢理工大學學報，2004，26(6)：18-21.

[3]胡忠于，羅道成.改性累托石對鎘離子吸附性能的研究[J].環境工程學報，2007，1(4)：82-85.

[4]馮秀娟，成先雄.改性稀土渣處理含鎘廢水的研究[J].中國有色金屬，2008(1)：45-47.

[5]牟淑杰.改性累托石吸附處理含鎘廢水實驗研究[J].礦產綜合利用，2009(3)：17-19.

Study on Adsorption Treatment of Wastewater Containing Cadmium With Zeolite Carried Rare Earth Elements Lanthanum

DENG Shu-ping
(Yingkou Institute of Technology, Yingkou 115014, China)

The zeolite is modified by dilute sulphuric acid and rare earths elements Lanthanum ion, obtain modified rare earth zeolite. The simulation experiment on the treatment for wastewater containing cadmium with modified rare earth zeolite absorption is conducted by the orthogonal method. The results show that the removal rate of the simulation wastewater containing cadmium that the density is 50mg/L can be over 98% with the dosage of rare earth zeolite is 1.3g/L, pH is 6, the contacting time is 100min and reaction temperature 20℃.

rectorite; rare earth; adsorption; wastewater containing cadmium

X703.1

A

1007-9386(2015)02-0025-03

2014-10-27