殼聚糖改性硅藻土處理鎘廢水的研究

佘雪玲　黃家全　張宇嫻

摘 要：鎘是對(duì)人體有嚴(yán)重危害的五種重金屬之一，也是“五毒”之首。為了處理低濃度的含鎘廢水，本文運(yùn)用吸附法原理，研究殼聚糖相對(duì)于硅藻土的含量比例、投加量、初始pH、初始濃度以及接觸時(shí)間對(duì)鎘去除率的影響。研究所得到的結(jié)論為：殼聚糖改性硅藻土含量比例為10%、投加量是10g/L、廢水初始pH為6、廢水初始濃度不高于20mg/L、接觸時(shí)間為30min時(shí)，對(duì)鎘的去除率效果最佳。最后通過表征探究出殼聚糖改性硅藻土的改性機(jī)理以及對(duì)水體中鎘的吸附機(jī)理。

關(guān)鍵詞：殼聚糖 硅藻土 鎘 改性

一、前言

如今水環(huán)境中鎘污染日益嚴(yán)重，在2003年7月1日頒布的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918—2002）》中，工業(yè)廢水排放要求總鎘含量低于0.1 mg/L，更將污水處理廠出水中的總鎘含量標(biāo)準(zhǔn)定為0.01mg/L以下，可看出對(duì)鎘的含量是要求極嚴(yán)，而現(xiàn)實(shí)中鎘的排放量也是屬于低濃度的范疇，因此本論文研究對(duì)低濃度的鎘廢水的處理具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

目前我國(guó)對(duì)生態(tài)環(huán)境的重視程度越來越大，而且在水污染方面的力度較大，特別是重金屬的污染。如今吸附劑的應(yīng)用是去除水體中重金屬的重要手段，但吸附劑的選擇是大量學(xué)者所研究的方向，找到一種廉價(jià)大量、穩(wěn)定、吸附量大的材料成了很多人的目標(biāo)。

二、實(shí)驗(yàn)部分

2.1試劑與儀器

試劑：硅藻土粉末，南京化學(xué)試劑股份有限公司；殼聚糖，濟(jì)南海得貝海洋生物工程有限公司；國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)樣品鎘溶液，環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所；醋酸，廣州化學(xué)試劑廠；所用水為去離子水。

儀器：原子吸收分光光度計(jì)，北京普析通用有限公司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海齊欣科學(xué)儀器有限公司；低速離心機(jī)，安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司。

2.2實(shí)驗(yàn)方法

采用單因素實(shí)驗(yàn)的分析方法，將殼聚糖與硅藻土的質(zhì)量配比、投加量、初始pH值作為殼聚糖改性硅藻土吸附有機(jī)廢液的影響因素，通過控制變量的方法，探究確定殼聚糖改性硅藻土處理低濃度鎘廢水的最佳條件。該方法是在實(shí)驗(yàn)過程中通過控制其他因素保持固定不變的情況下，考察某一因素出現(xiàn)變化時(shí)，使得鎘去除率產(chǎn)生的相應(yīng)規(guī)律性的變化，從而揭示該因素對(duì)鎘去除率的影響效果。本文的實(shí)驗(yàn)是在50ml 鎘溶液中加入一定量的吸附劑，置于恒溫振蕩器內(nèi)振蕩反應(yīng)120min，一定時(shí)間后離心過濾，使用原子吸收方法測(cè)定吸附平衡后上清液中殘留的鎘離子含量。水溶液中鎘的去除率和吸附劑的吸附能力。

三、結(jié)果與討論

3.1含量比例對(duì)去除率的影響

所測(cè)得的數(shù)據(jù)如圖3-1所示。實(shí)驗(yàn)考察了不同含量比例的殼聚糖改性硅藻土對(duì)鎘去除率的影響，當(dāng)含量比例為10%時(shí)，其他條件相同時(shí)，反應(yīng)制取的改性硅藻土對(duì)鎘去除率最大，最符合要求。其去除率相當(dāng)于原硅藻土的兩倍左右，當(dāng)繼續(xù)加大殼聚糖在改性土中的比例時(shí)，去除率反而降低，其原因是：當(dāng)含量比例大約為10%時(shí)，殼聚糖與硅藻土大體完全反應(yīng)，在0～10%含量比例的范圍內(nèi)，鎘去除率隨著含量比例的增大而增大，而繼續(xù)加入殼聚糖一方面會(huì)使反應(yīng)環(huán)境逐漸呈強(qiáng)酸性[1]，不利于改性土對(duì)鎘的吸附；另一方面過多的殼聚糖也會(huì)堵塞多孔的硅藻土，從而導(dǎo)致鎘的去除率有下降的趨勢(shì)。

3.2投加量對(duì)鎘去除率的影響

所測(cè)得的數(shù)據(jù)如圖3-2所示，實(shí)驗(yàn)考察了投加量對(duì)鎘去除率的影響。當(dāng)投加量為5～40 g/L之間時(shí)，改性硅藻土對(duì)Cd2+的去除率隨投加量增加而提高，其主要原因可能是：一方面由于增加吸附劑的用量，從而增加了總比表面積和吸附位點(diǎn)，而改性硅藻土表面縫隙也很多，投加量的增加會(huì)使吸附量變大。

3.3初始pH值對(duì)鎘去除率的影響

所測(cè)得的數(shù)據(jù)如圖3-3所示，實(shí)驗(yàn)考察了初始pH值對(duì)鎘去除率的影響。在pH=6附近時(shí)，殼聚糖改性硅藻土對(duì)鎘的吸附效率最高，最符合條件，當(dāng)pH不斷降低時(shí)，即溶液呈現(xiàn)出強(qiáng)酸的環(huán)境時(shí)，去除率也隨之減少；反之當(dāng)pH不斷增大時(shí)，即溶液環(huán)境呈現(xiàn)出堿性時(shí)，其去除率也不斷下降[2]。其原因是：（1）硅藻土在水中的溶解度不高，但是在弱酸中較易溶解，另一方面殼聚糖也是容易溶于稀酸，而且酸能清除硅藻土結(jié)構(gòu)孔隙中的金屬離子，增大有效吸附面積。當(dāng)pH不斷降低時(shí)，不僅會(huì)降低硅藻土和殼聚糖的溶解度，影響二者的相互反應(yīng)，而且強(qiáng)酸環(huán)境也不利于重金屬的吸附，從而導(dǎo)致去除率較低；除此之外，在pH較低時(shí)，鎘離子和質(zhì)子為了共同的吸附位點(diǎn)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)；同時(shí)，Cd2+和帶正電荷的吸附劑表面發(fā)生靜電排斥，所以導(dǎo)致較低的去除率。（2）隨著pH升高至6附近時(shí)，吸附劑表面羥基基團(tuán)的質(zhì)子化程度降低，從而提高了去除率，但當(dāng)pH再不斷增大時(shí)，Cd2+容易在堿性條件下生成難溶物CdCO3等物質(zhì)，抑制了殼聚糖改性硅藻土對(duì)鎘的吸附，導(dǎo)致其去除效率降低[3]。

四、結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用了物理化學(xué)法吸附法，利用豐富廉價(jià)的硅藻土作為骨架，使用吸附能力強(qiáng)的殼聚糖進(jìn)行改性，得到的材料提高了含Cd2+的廢水的處理效果。研究得到：在25℃，廢水pH為6，吸附劑用量為10 g/L時(shí)，采用含量比例為10%的殼聚糖改性硅藻土作為吸附劑對(duì)50 mL的 Cd2+溶液 （5mg/L） 的作用最大，吸附能力最強(qiáng)，具有一定的前景和可行性。

參考文獻(xiàn)：

[1] Liu D，Yuan P，Tan D，et al. Effects of inherent /enhanced solid acidity and morphology of diatomite templates on the synthesis and porosity of hierarchically porous carbon [J].Langmuir，2010，26（ 24） ： 18624 - 18627.

[2] 龔真萍.殼聚糖改性硅藻土對(duì)酸性染料廢水的處理效果[J].毛紡科技，2016，44（09）：31-35.

[3] 任書平. 殼聚糖混合改性硅藻土去磷除藻研究[D].湖南大學(xué)，2010.