膠團(tuán)強化超濾去除水中Cd2+的效能研究

O李雪 陳凌飛 郭慧慧 劉雅 劉鑾（長沙學(xué)院生物與環(huán)境工程系 湖南 410022）

膠團(tuán)強化超濾去除水中Cd2+的效能研究

O李雪 陳凌飛 郭慧慧 劉雅 劉鑾
（長沙學(xué)院生物與環(huán)境工程系 湖南 410022）

采用陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)研究了膠團(tuán)強化超濾法處理含Cd2+廢水,考察了SDS濃度、Cd2+濃度、pH值、溫度對去除率的影響。結(jié)果表明,當(dāng)SDS濃度為1.0cmc,Cd2+濃度為50mgL-1時,去除效果最好,Cd2+的去除率可達(dá)到為98.4%。pH對Cd2+的去除影響較大,Cd2+的去除率隨著pH的上升增加明顯。隨著溫度的上升,Cd2+的去除率都有所下降。

超濾；SDS；Cd2+；重金屬

隨著社會的迅猛發(fā)展，推動著工業(yè)的不斷前進(jìn)，但在這個過程中工業(yè)廢水也急劇增加，重金屬廢水便是其中之一。重金屬廢水的治理方法可分為兩類：一是使廢水中的金屬離子轉(zhuǎn)變成難溶或不溶的重金屬化合物或單質(zhì)，經(jīng)浮選或沉淀從水中脫離，如離子浮選法、上浮分離法、硫化物沉淀法、加堿沉淀法、電解法等；二是在不改變重金屬化學(xué)形態(tài)的條件下將其從水中進(jìn)行分離去除，如膜分離法、蒸發(fā)法、離子交換法等。

膠團(tuán)強化超濾(MEUF)屬于膜分離法，是一種基于表面活性劑的運用，將超濾膜相結(jié)合的新型、高效的將重金屬和有機物從廢水中分離的方法。其原理是加入一定量的表面活性劑至廢水中，當(dāng)其濃度大于臨界膠團(tuán)濃度時，形成通常意義上的“膠團(tuán)”。離子型表面活性劑膠團(tuán)通過靜電吸附反離子金屬，通過膜孔小于其尺寸的超濾膜，達(dá)到截留重金屬的效果。本研究采用膠團(tuán)強化超濾處理含Cd2+廢水，以十二烷基硫酸鈉(SDS)為膠團(tuán)生成源，考察了不同表面活性劑濃度、Cd2+濃度、pH值、溫度等控制條件下Cd2+的去除效率，篩選出最優(yōu)實驗條件。

1.實驗材料

(1)實驗材料

實驗采用的超濾膜為ZU503-22型中空纖維超濾膜，截留分子量為10KDa，純水通量為16Lm-2h-1，膜材質(zhì)為聚砜。

(2)實驗藥劑

十二烷基硫酸鈉(SDS)，購于天津大茂化學(xué)試劑廠；Cd（NO3）2·4H2O，購于上?；瘜W(xué)試劑公司；以上藥劑全部為分析純。

2.實驗方法

稱取一定量的硝酸鎘，放入3L蒸餾水，攪拌使其充分溶解混合后，加入一定量的十六烷基硫酸鈉，攪拌0．5h后，通過超濾膜。在此過程中，濃縮液回流至進(jìn)料罐與待處理的復(fù)合廢水混合，滲透液進(jìn)入相應(yīng)的料液槽。取樣后的SDS濃度測定遵照國標(biāo)GB/T7494，Cd2+濃度測定采用火焰原子吸收法，遵照國標(biāo)GB7475。

3.結(jié)果與分析

(1)SDS添加量和Cd2+初始濃度對去除率的影響

如圖1所示，選取三種不同濃度的Cd2+，評價SDS的添加量對其去除率的變化。當(dāng)原液中SDS的初始濃度小于1．0 cmc時，Cd2+的去除率隨著SDS投加量的增加迅速上升。理論上來說，SDS在溶液中的濃度小于1．0cmc時，是以單體形式存在的，離子態(tài)的CdⅡ幾乎都能通過超濾膜，進(jìn)入到滲透液中，去除率很低。但由本實驗數(shù)據(jù)可知，Cd2+的去除率在SDS＜1．0cmc時，能達(dá)到50%以上，超出預(yù)期效果。而當(dāng)1．0cmc＜SDS＜2．0cmc時，膠團(tuán)吸附量達(dá)到飽和，Cd2+去除率變化很小，基本處于穩(wěn)定。而當(dāng)SDS濃度更大，達(dá)到次cmc時，膠團(tuán)將從本來的球形變成棒狀，因而容易透過膜，反而降低了Cd2+的去除率。

圖1 SDS初始濃度對Cd2+截留率的影響

（2)溫度對Cd2+去除率的影響

依照以上的最佳條件，選擇SDS投加濃度為1．0cmc，Cd2+初始濃度為50mgL-1，將溶液分別放置在水浴鍋中，升至30、35、40、45℃的溫度，過膜后得到實驗結(jié)果如圖2所示。常溫狀態(tài)下水溫為25℃。

圖2 溫度對Cd2+截留率的影響

由圖可見，隨著溫度從25℃上升到45℃，Cd2+的去除率下降，由98．4%降為90．6%。實驗過程中，溫度的升高會導(dǎo)致滲透通量變大。這是因為溫度對膠團(tuán)的性狀會產(chǎn)生顯著影響。實驗溫度的升高會加速反離子的分解，減弱膠體的聚合能力，降低有效膠團(tuán)的數(shù)量，同時，膠團(tuán)很容易破碎或分解而粒徑變小，溶液中Cd2+單體濃度增加，因此進(jìn)料液中SDS多以單體分子存在，而離子態(tài)的CdⅡ也會相應(yīng)增多。同時溫度的升高可以加劇分子的熱運動，擴大超濾膜孔徑，使原液中的物質(zhì)更容易通過膜孔，進(jìn)入到滲透液中，導(dǎo)致Cd2+去除率的下降，同時產(chǎn)生的膜污染會相應(yīng)的減小。

(3)原液pH值對Cd2+去除率的影響

圖3 pH值對Cd2+截留率的影響

在SDS濃度為1．0cmc，Cd2+濃度為50mgL-1的條件下，通過添加NaOH或鹽酸調(diào)節(jié)溶液的pH值，分別為3、4、5、6、8，通過超濾膜后，測定滲透液中Cd2+的濃度，得到Cd2+的去除率如圖3所示。溶液自然狀態(tài)下pH值為6．4。

由圖可見，Cd2+去除率隨溶液pH值的升高而升高。pH 為3時，Cd2+去除率僅為84．4%，當(dāng)pH上升為8．0時，Cd2+去除率達(dá)到最高，為99．1%。在pH低的強酸環(huán)境下，溶液中大量存在著帶正電荷的H+，因為競爭吸附，也被SDS吸附在膠團(tuán)表面，從而占據(jù)了Cd2+的吸附位置，導(dǎo)致Cd2+的去除率下降。這與其他研究者的研究結(jié)果是一致的。因此，MEUF技術(shù)不適合處理pH值過低的重金屬廢水。

結(jié)論

膠團(tuán)強化超濾法使用可以快速有效地處理含Cd2+廢水。在適宜的操作條件下，廢水中Cd2+的去除率最高可以達(dá)到99．1%以上。膜分離過程中，表面活性劑SDS用量增加，Cd2+的截留率先升高后降低，因此，SDS的用量以不超過2．0cmc為宜。膠團(tuán)與Cd2+的反應(yīng)可以在常溫下迅速完成。過高的溫度反而影響Cd2+的去除率。而且在實驗過程中，溫度越高，滲透通量越大。Cd2+的去除率隨溶液pH值的升高而升高。當(dāng)pH上升為8．0時，Cd2+去除率達(dá)到最高，為99．1%。

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Removal of Cd2+by from wastewater Micelle-Enhanced Ultrafiltration

Li Xue, Chen Lingfei, Guo Huihui, Liu Ya, Liu Luan
（Biological and Environmental Engineering Department of Changsha University, Hunan, 410022 ）

Removal of Cd2+from wastewater by micelle-enhanced ultrafi ltration using surfactant sodium dodecyl sulfate (SDS) was investigated. The effects of SDS Cd2+concentration, pH values and temperature on rejection were studied. When the concentration of SDS was 1.0 cmc, the concentration of Cd2+was 50mg L-1, the best rejection was 98.4%. Effect of pH value on Cd2+rejection was obvious, rejection of Cd2+increased sharply with the increase of pH value. Rejection of Cd2+decreased with the temperature increasing.

ultrafi ltration；SDS；Cd2+；heavy metal

國家自然科學(xué)基金項目(51308076,51408206）；長沙學(xué)院“大學(xué)生科技創(chuàng)新項目計劃”；長沙學(xué)院大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實驗計劃項目

T

：A

李雪（1984-），女，長沙學(xué)院生物與環(huán)境工程系，研究方向：水污染控制技術(shù)。