摘要：本文用淀粉和PVA改性的膨潤土去除廢水中的Cd2+取得了良好的效果，通過研究接觸時(shí)間、振蕩速度、膨潤土的用量、pH 值等因素對膨潤土吸附能力的影響，得出最佳實(shí)驗(yàn)條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改性膨潤土對Cd2+具有良好的吸附性能。

　　關(guān)鍵詞：改性膨潤土,吸附,Cd2+

　　鎘作為一種有益于人類的重金屬廣泛應(yīng)用于電鍍工業(yè)、化工業(yè)、電子業(yè)和核工業(yè)等領(lǐng)域。但隨著采礦、冶煉精煉和電鍍工業(yè)的不斷發(fā)展，大量的含鎘廢水排入河流而造成環(huán)境的污染。由于鎘在環(huán)境中不能降解，具有很高的生物累計(jì)系數(shù)，在人體中的半衰期長達(dá)10至30年，它不斷釋放并產(chǎn)生持續(xù)毒性作用和累積效應(yīng)，造成人體腎、骨骼損害，對生殖、免疫系統(tǒng)有毒副作用，并導(dǎo)致癌癥發(fā)生。1955年日本發(fā)生的痛痛病就是鎘污染造成的。目前治理鎘污染的方法有化學(xué)沉淀法和吸附法。化學(xué)沉淀法處理鎘的效能與水的pH值密切相關(guān)，如何準(zhǔn)確控制污染水體的pH值以及污染水體pH值大于9.5時(shí)可能導(dǎo)致濾過水中鋁超標(biāo)帶來次生的飲水衛(wèi)生問題還未得到解決。吸附法是廢水處理方法中的一類重要方法，目前常用的吸附劑為活性炭[1]，因其吸附清除效果不高，且受到造價(jià)高，再生困難等限制，適用范圍有限。

　　天然膨潤土具有良好的吸附、離子交換等性能[2]，在工藝上具有投資小、方法簡便易行的優(yōu)點(diǎn)，且我國天然膨潤土資源豐富、價(jià)格低廉，在廢水處理中具有廣泛的應(yīng)用前景[3]。未經(jīng)改性的膨潤土比表面積和吸附能力較差，故一般用于廢水處理的膨潤土都要經(jīng)過改性，增大其比表面積，提高吸附能力。本文將膨潤土經(jīng)去離子打漿，棄去石英雜質(zhì)[4]，沉積干燥后與淀粉、PVA按照10：3：1的比例混合，先將淀粉-PVA混合液加熱到80℃反應(yīng)30min，然后直接將膨潤土加入其中，常溫下攪拌30min，所得產(chǎn)物離心、漂洗、干燥后研磨粉碎備用[5]。

　　1實(shí)驗(yàn)部分

　　1.1 試劑和儀器

　　膨潤土(遼寧撫順);淀粉 分析純 (國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司);硫酸鎘 分析純(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司);

　　原子吸收光譜儀zeenit700 (德國耶拿公司);酸度計(jì) 320型 (梅特勒-托利多儀器有限公司);X-射線衍射儀D/max-2200VPC (Rigaku);紅外光譜儀 Magna560 (尼高力公司);水浴恒溫振蕩器 SHC-C型 (江蘇江南儀器廠);真空干燥箱 DZF-6020型 (上海一恒科技有限公司);離心機(jī) TG18-WS(長沙維爾康湘鷹離心機(jī)有限公司)

　　1.2實(shí)驗(yàn)方法

　　將改性膨潤土加入到制備好的Cd2+ 溶液中, 振蕩吸附后離心, 取上清液用原子吸收分光光度計(jì)測定上清液中Cd2+ 濃度。

　　實(shí)驗(yàn)用膨潤土原土及改性土的物理化學(xué)性能見表1.

　　膨潤土經(jīng)過改性后各項(xiàng)性質(zhì)參數(shù)都得到提升，實(shí)驗(yàn)采用改性膨潤土。

　　2結(jié)果與討論

　　2.1接觸時(shí)間對改性膨潤土吸附Cd2+的影響

　　實(shí)驗(yàn)條件：Cd2+濃度：1.0mg/L;溶液體積：100mL;改性膨潤土質(zhì)量：1.0g;振蕩速度：140 rpm;溫度：20℃

　　圖1是在5-480min內(nèi)改性膨潤土對Cd2+的吸附百分率隨接觸時(shí)間的變化的曲線圖。由圖可知，Cd2+的吸附百分率隨接觸時(shí)間的增加而增加。吸附時(shí)間達(dá)到60 min時(shí)，吸附基本達(dá)到平衡，吸附百分率為95.95%。超過60min去除效果隨時(shí)間增加提高不明顯。所以確定60min為平衡吸附時(shí)間，并將其應(yīng)用于后面的試驗(yàn)。

　　2.2振蕩速度對改性膨潤土吸附Cd2+的影響

　　實(shí)驗(yàn)條件：Cd2+濃度：1.0mg/L;溶液體積：100mL;改性膨潤土質(zhì)量：1.0g;振蕩時(shí)間：60min;溫度：20℃;振蕩速度：0、80、140、200、250rpm

　　由圖2可知：Cd2+吸附百分率隨振蕩速度的增加而增加。這是因?yàn)檎袷幩俣仍黾樱�膨潤土與Cd2+的接觸機(jī)會也隨之增加。振蕩速度過高會增加運(yùn)行成本，在保證去除率(>95%)的前提下，選擇較低的轉(zhuǎn)速比較合適。所以確定振蕩速度140rpm為實(shí)驗(yàn)速度，并應(yīng)用于以后的實(shí)驗(yàn)。

　　2.3改性膨潤土的用量對吸附Cd2+的影響

　　實(shí)驗(yàn)條件：Cd2+濃度：1.0mg/L;溶液體積：100mL;振蕩速度：140rpm;振蕩時(shí)間：60min;溫度：20℃;改性膨潤土質(zhì)量：0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0g

　　由圖3可知：Cd2+的吸附百分率隨改性膨潤土質(zhì)量的增加而增加。吸附達(dá)到平衡，改性膨潤土用量大于1.0g的去除率均在95%以上。當(dāng)用量達(dá)到4.0g以上時(shí)，吸附效果最好。在保證去除率的前提下，應(yīng)選擇最小的改性膨潤土用量，以減少應(yīng)用成本。

　　2.4離子初始濃度對膨潤土吸附性能的影響

　　實(shí)驗(yàn)條件：改性膨潤土質(zhì)量：1.0g;溶液體積：100mL;振蕩速度：140rpm;振蕩時(shí)間：60min;溫度：20℃;Cd2+濃度：0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mg/L

　　由圖4可知：吸附百分率隨濃度增加而降低，但變化并不明顯。這是因?yàn)榕驖櫷恋奈�附量是固定的，隨著初始離子濃度的增高，被吸附后殘留的離子濃度也隨之增大。若要改變此狀況，需要根據(jù)離子濃度增加吸附劑的用量或者增加處理次數(shù)。

　　2.5溶液初始pH值對改性膨潤土吸附性能的影響

　　實(shí)驗(yàn)條件：Cd2+濃度：1.0mg/L;溶液體積：100mL;改性膨潤土質(zhì)量：1.0g;振蕩速度：140rpm; 振蕩時(shí)間：60min;溫度：20℃; pH：2、4、6、8、10

　　由圖5可知：吸附百分率隨pH值升高而增大。在強(qiáng)酸性溶液中，吸附百分率僅為30.41%。當(dāng)pH值升高到中性至堿性范圍時(shí)去除率大大增加。由于鋁氧八面體Al-O-H具有兩性，在酸性條件下，Al-O-H的OH容易電離，使膨潤土表面帶正電荷，對吸附陽離子不利，即氫離子對Cd2+存在競爭吸附。當(dāng)pH值升高時(shí)，溶液中OH-增加，降低競爭吸附，并以氫鍵形式吸附在膨潤土表面，使其表面負(fù)電荷增加，從而增加了對陽離子的吸附容量。另外，在強(qiáng)堿性溶液中，Cd2+與OH-會發(fā)生沉淀反應(yīng)，間接增加離子的去除率。因此中性或堿性條件有利于Cd2+的去除。

　　2.6溫度對去除率的影響

　　實(shí)驗(yàn)條件：Cd2+濃度：1.0mg/L;溶液體積：100mL;改性膨潤土質(zhì)量：1.0g;振蕩速度：140rpm;振蕩時(shí)間：60min;溫度：20℃、40℃、60℃

　　由圖6可知：去除率隨溫度的改變并沒有明顯的變化，說明溫度對去除率影響不大。因此，可以不對廢水進(jìn)行加熱或者冷卻處理，在室溫下實(shí)驗(yàn)以減少運(yùn)行成本。

　　經(jīng)過試驗(yàn)得出最佳實(shí)驗(yàn)條件：Cd2+濃度：1.0mg/L;溶液體積：100mL;改性膨潤土質(zhì)量：1.0g;振蕩速度：140rpm;振蕩時(shí)間：60min;溫度：室溫。

　　取100mL的含 Cd2+廢水，加入改性膨潤土1.0g，以140 rpm的振蕩速度振蕩60min，在室溫條件下分別處理了營口和盤錦某工廠的含鎘廢水，Cd2+去除率分別達(dá)到97.6%和96.9%，結(jié)果令人滿意。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]黃鑫,高乃云,張巧麗 改性活性炭對鎘的吸附研究[J] 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2008年 第36卷第4期 508-513

　　[2]吳冬梅，郭春景 天然膨潤土吸附Cd2+的動力學(xué)、等溫線及熱力學(xué)研究[J] 2007年9月第5期 8-11

　　[3]王紅梅，鄭振暉，李倩 膨潤土及改性膨潤土在廢水處理中的應(yīng)用綜述[J] 山東化工 2005年第34卷20-22

　　[4]趙東源，陳爾庭，任繼光，王起斌，徐萍，郝占利 天然蒙托土對印染廢水吸附處理的研究[J] 環(huán)境污染與防治 1993年10月第15卷第5期 23-27

　　[5]羅太安，劉曉東 改性膨潤土對Cd(II)的吸附性能研究[J] 環(huán)境工程 2005年2月 第23卷第1期 80-81