高溫改性糖濾泥對(duì)重金屬離子Cd2+的吸附動(dòng)力學(xué)研究

尉樂(lè)樂(lè)，謝清若

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高溫改性糖濾泥對(duì)重金屬離子Cd2+的吸附動(dòng)力學(xué)研究

尉樂(lè)樂(lè)，謝清若

（廣西科技大學(xué) 生物與化學(xué)工程學(xué)院，廣西 柳州 545000）

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)糖廠濾泥的資源化利用，同時(shí)解決含Cd2+廢水難處理的問(wèn)題，以糖廠濾泥為原料熱解制備濾泥吸附材料，選擇吸附性能較佳的試樣，進(jìn)行偽一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程、偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程擬合及動(dòng)力學(xué)分析。結(jié)果表明，400 ℃和600 ℃制備的改性濾泥更有利于吸附Cd2+，偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程機(jī)理更適合解釋吸附Cd2+的現(xiàn)象，吸附過(guò)程受內(nèi)擴(kuò)散傳質(zhì)控制。

糖廠濾泥；改性；重金屬離子Cd2+；動(dòng)力學(xué)

鎘是重金屬污染源中的一種，鎘被植物生長(zhǎng)吸收，富集進(jìn)入食物鏈，危及人的健康。鎘通過(guò)水和食物進(jìn)入人體內(nèi)的消化系統(tǒng)，還會(huì)引發(fā)貧血等。目前，鎘污染的處理方法存在一定的缺陷，會(huì)造成環(huán)境二次污染。

生物質(zhì)吸附劑有穩(wěn)定性和廣泛性，可用于處理重金屬污染。糖濾泥是制糖澄清過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢棄物，每生產(chǎn)1 t糖要排出約1 t濾泥，其處理方法有焚燒、微生物分解、熱分解、堆肥和衛(wèi)生填埋。不同處理方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，相對(duì)而言，熱分解制備吸附材料具有更多的優(yōu)勢(shì)，既利用了糖廠廢棄物，又可以有效吸附鎘離子，具有環(huán)境保護(hù)重大意義。

1 材料和儀器

1.1 材料

材料：糖廠糖濾泥、硝酸鎘等分析純?cè)噭?/p>

1.2 儀器

儀器：TDL-5-A高速離心機(jī)、DHG-9023A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、ZNCL-TS250智能磁力攪拌器、AAS-90原子吸收分光光度計(jì)、KBF1100馬弗爐。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 高溫改性糖濾泥的制備

取一定量糖濾泥，粉碎，置于蒸餾水中煮沸90 min，用去離子水浸泡與洗滌，在105 ℃下烘干，過(guò)110目篩。高溫煅燒8 h，得高溫改性糖濾泥。在400 ℃、600 ℃的溫度下熱解糖濾泥，分別記為1＃、2＃試樣。

2.2 吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)

取1＃和2＃試樣各0.01 g，分別加入到質(zhì)量濃度為50 μg/mL的Cd2+溶液中，室溫下吸附，在不同時(shí)刻取樣，離心，測(cè)上清液中Cd2+的濃度。

2.3 計(jì)算及分析方法

吸附容量的計(jì)算式為：

式（1）中：t為時(shí)刻的吸附量；為反應(yīng)時(shí)間，min；0為重金屬離子的初始質(zhì)量濃度，mg/L；t為時(shí)刻溶液中重金屬離子的質(zhì)量濃度，mg/L；為溶液的體積，mL；為糖濾泥的干重，g。

3 結(jié)果與討論

3.1 偽一級(jí)動(dòng)力學(xué)

400 ℃和600 ℃時(shí)改性糖濾泥吸附Cd2+偽一級(jí)、偽二級(jí)如圖1所示。偽一級(jí)、二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程擬合參數(shù)如表1所示。由圖1（a）和表1可知，偽一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算出的平衡吸附量與實(shí)際吸附量的相對(duì)誤差較大，400 ℃的改性糖濾泥平衡吸附量值與實(shí)際吸附量值最接近，600 ℃的改性糖濾泥吸附的線性回歸2值為0.921 79，較為符合偽一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程?？傊?，偽一級(jí)動(dòng)力學(xué)不能較好地描述改性糖濾泥吸附Cd2+的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。

3.2 偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)

由圖1（b）和表1可知，動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算值與實(shí)際值較為吻合，線性回歸2值大于0.99，偽二級(jí)方程最適合描述改性糖濾泥吸附Cd2+的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。吸附初期，改性糖濾泥表面的吸附點(diǎn)位很多，Cd2+較容易與之聯(lián)結(jié)在一起。隨著時(shí)間的增加，改性糖濾泥的吸附點(diǎn)位被Cd2+占滿，吸附Cd2+的速率變慢。由表1可知，隨著改性糖濾泥熱解溫度的升高，p值增大，吸附速度依次變快。600 ℃改性糖濾泥生物炭的p值最大為0.012 96，吸附速度最快，原因是p值代表吸附過(guò)程快慢，p值大，吸附過(guò)程的速度越快，達(dá)到吸附平衡時(shí)所用時(shí)間越少。

圖1 400 ℃和600 ℃時(shí)改性糖濾泥吸附Cd2+偽一級(jí)（a）、偽二級(jí)（b）

表1 偽一級(jí)、二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程擬合參數(shù)

項(xiàng)目Co/（mg/L）k1/min-1k2/min-1Qe/（mg/L）Qcal/（mg/L）R2方程 1＃試樣偽一級(jí)動(dòng)力學(xué)500.005 3—118.29120.783 50.842 9Y＝4.794 0－0.005 3x 1＃試樣偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)50—0.007 4118.29136.986 30.996 4Y＝0.980 7＋0.007 3x 2＃試樣偽一級(jí)動(dòng)力學(xué)500.005 1—94.3852.352 50.921 8Y＝3.958 0－0.005 1x 2＃試樣偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)50—0.013 094.38101.010 10.994 0Y＝0.583 3＋0.009 9x

4 結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，得出以下結(jié)論：①以糖廠濾泥為原材料制備改性糖濾泥，適用于對(duì)Cd2+的吸附。實(shí)驗(yàn)測(cè)得改性糖濾泥對(duì)Cd2+吸附值為118.29 mg/g。②用偽一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程、偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程分別對(duì)400 ℃和600 ℃改性糖濾泥對(duì)Cd2+的吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，結(jié)果表明偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程機(jī)理更適合解釋改性糖濾泥對(duì)Cd2+的吸附現(xiàn)象。

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2095－6835（2018）18－0004－02

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A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.18.004

尉樂(lè)樂(lè)（1992—），女，研究方向?yàn)樯镔|(zhì)廢棄物綜合利用。

謝清若（1964—），男，從事生物質(zhì)廢棄物高值化利用研究。

〔編輯：劉曉芳〕