巰基改性海泡石對(duì)Hg(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附特征研究.pdf

1、隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，人類活動(dòng)排放的重金屬不斷進(jìn)入環(huán)境，加劇了對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康的危害。重金屬具有持久性、高富集性和強(qiáng)毒性，不能被微生物降解，可通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，其中汞、鎘是最為常見(jiàn)且危害較大的兩種重金屬元素。汞、鎘資源的肆意開(kāi)發(fā)與濫用不僅造成資源流失，也使得環(huán)境和生物體內(nèi)汞、鎘含量不斷增加，進(jìn)入人體后會(huì)損害神經(jīng)系統(tǒng)、造血系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和血液循環(huán)系統(tǒng)機(jī)能，嚴(yán)重者致人死亡。發(fā)生在日本的“水俁病”和“痛痛病”事件就是汞、

2、鎘污染的典型事件。
　　目前，廢水中Hg(II)、Cd(II)的去除方法主要有化學(xué)沉淀法、鐵氧體法、離子交換法、溶劑萃取法、膜分離法和生物法等，這些方法存在操作繁瑣、處理成本高、周期長(zhǎng)或容易造成二次污染等問(wèn)題，限制了它們的實(shí)際應(yīng)用。吸附法具有操作簡(jiǎn)便、高效低廉、環(huán)境友好和吸附材料可重復(fù)利用等特點(diǎn)，是目前研究較多的治理技術(shù)。海泡石是一種純天然、含水的富鎂硅酸鹽層狀粘土礦物，具有巨大的比表面積和良好的離子交換能力，已用于水相中染料、抗

3、生素、氮、磷、銅和鉛等污染物的吸附去除研究。但是，天然海泡石表面呈弱酸性、通道小，實(shí)際比表面積難以達(dá)到理論值（800~900 m2/g），需要通過(guò)改性來(lái)提高其吸附性能。目前采用γ-巰丙基三甲氧基硅烷改性能夠引入巰基官能團(tuán)，對(duì)Pb(II)、Cd(II)有較好的吸附效果，但是該方法使用的改性試劑昂貴、改性條件苛刻，因此探索簡(jiǎn)單低廉的改性方法顯得尤其重要。本研究利用巰基乙酸改性海泡石，并對(duì)改性材料進(jìn)行表征，研究了改性海泡石對(duì) Hg(II)、C

4、d(II)的吸附特征，初步分析了吸附機(jī)制，取得如下主要研究結(jié)果：
　　1.采用間接碘量法測(cè)得改性海泡石中巰基含量為0.084％，并用掃描電鏡、X-射線衍射、比表面和傅里葉紅外光譜等多種分析手段表征了改性前后的海泡石。研究發(fā)現(xiàn)，改性后海泡石表面變得相對(duì)光滑，雜質(zhì)減少，間隙清潔、通暢，纖維束狀更加明顯，結(jié)構(gòu)更加疏松，空隙增多；改性處理沒(méi)有改變海泡石的基本結(jié)構(gòu)，層間距由原來(lái)的1.203 nm增大至1.213 nm；改性后海泡石的比表面積

5、從141.631 m2/g減小至72.491 m2/g，在pH為2.94~9.64時(shí)改性前后海泡石表面均帶負(fù)電性；改性海泡石在3400~3600 c m-1附近有一強(qiáng)吸收峰，屬于羥基伸縮振動(dòng)峰，說(shuō)明在改性過(guò)程中還引入了羥基基團(tuán)。表征結(jié)果說(shuō)明通過(guò)改性提高了海泡石的吸附潛力。
　　2.采用單因素實(shí)驗(yàn)研究了改性海泡石吸附Hg(II)、Cd(II)的影響因素，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，考察吸附條件對(duì)吸附量的影響。獲得巰基改性海泡石去除廢水中

6、Hg(II)的最佳條件，即吸附劑用量為15 g/L、Hg(II)初始濃度為5 mg/L、pH值為6和溫度為30?C，最佳條件下Hg(II)的去除率為93.67%；獲得改性海泡石去除廢水中的Cd(II)的最佳條件，即吸附劑用量為8 g/L、Cd(II)初始濃度為5 mg/L、pH值為6和溫度為25?C，最佳條件下Cd(II)的去除率為96.44%。
　　3.海泡石吸附Hg(II)、Cd(II)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，改性后

7、海泡石吸附Hg(II)、Cd(II)的平衡時(shí)間分別縮短至60和120 min，初始吸附速率常數(shù)分別為0.063和0.311 mg?g-1?min-1，表明巰基改性顯著提高了海泡石對(duì)它們的吸附速率，明顯縮短了吸附平衡時(shí)間；La ngmuir等溫吸附模型能夠很好地描述改性海泡石吸附Hg(II)、Cd(II)的吸附過(guò)程，獲得的最大吸附量分別為3.256 mg/g和5.263 mg/g，表明巰基改性顯著提高了海泡石對(duì)兩種重金屬的吸附容量。

8、>　　4.兩種材料吸附Hg(II)、Cd(II)的?G均小于0，表明吸附過(guò)程均為自發(fā)進(jìn)行的熱力學(xué)過(guò)程；KD均隨溫度的升高而增大，說(shuō)明升溫有利于吸附過(guò)程的進(jìn)行；?H均為正值，說(shuō)明兩種材料吸附Hg(II)、Cd(II)均為吸熱過(guò)程，進(jìn)一步說(shuō)明升溫有利于它們的吸附，且?H值均小于40 kJ/mo l，表明物理吸附為主要的吸附形式?；谖竭^(guò)程符合Langmuir等溫吸附模型，初步判定海泡石對(duì)Hg(II)、Cd(II)的吸附主要為單層吸附；根據(jù)