孫洪海，李 睿，李飛雪

（1.大慶師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，黑龍江大慶163712；2.大慶油田工程有限公司，黑龍江大慶163711）

改性田菁膠捕集劑對Cd2+吸附能力的研究

孫洪海1，李 睿1，李飛雪2

（1.大慶師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，黑龍江大慶163712；2.大慶油田工程有限公司，黑龍江大慶163711）

近年來，人們對鎘（Cd2+）等重金屬離子污染治理極為關(guān)注，因為這些重金屬離子對人們的生活質(zhì)量、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面影響極大。盡管水中重金屬離子除去方法很多，但因成本高和易造成二次污染而限制了這些方法的廣泛應(yīng)用。有機捕集劑能夠捕獲重金屬離子，而本身不溶于水，容易分離，不會造成二次污染，所以可以廣泛應(yīng)用有機捕集劑進行污染治理。通過研究改性天然田菁膠捕集劑吸附鎘離子，并對吸附條件進行分析，得出使用改性田菁膠捕集劑的使用條件。

改性田菁膠；捕集劑；影響

0 引言

2013年，有關(guān)鎘（Cd2+）含量超標大米的事件引起了全國甚至世界性的關(guān)注，人們對會致癌的鎘污染表現(xiàn)出擔心。鎘含量超標大米的事件引起人們對重金屬污染水的重視，從而關(guān)注治理重金屬水污染的研究。通過研究發(fā)現(xiàn)鎘的來源主要有：大面積污染來自礦物廢水和含鎘礦渣、局部污染來自工廠廢水和鎘電池的隨意丟棄。

改性田菁膠捕集劑是從植物果實中提取田菁膠，并通過改性或基團表面修飾等方式，選擇和設(shè)計吸附性能而得到的，與其他捕集劑相比改性田菁膠捕集劑具有優(yōu)良的吸附性能、生物相容性、可降解性原料來源廣泛、成本低等優(yōu)點，在重金屬捕集、分離、凈化領(lǐng)域有較廣闊的應(yīng)用前景，適合用作重金屬吸附劑，因此在污水處理工程中擁有巨大的應(yīng)用開發(fā)潛力。鎘（Cd2+）屬于污染環(huán)境的有害重金屬離子，因此對Cd2+回收與分離變得十分重要。本實驗利用改性田菁膠吸附重金屬離子Cd2+，取得了較好地效果，具有一定的應(yīng)用價值。

1 實驗部分

1.1 主要試劑和儀器

天然半乳甘露聚糖類高分子田菁膠（江蘇灌南縣宏圖植物膠廠），氫氧化鈉（上海試劑一廠），無水乙醇（上海試劑一廠），環(huán)氧氯丙烷（上海試劑一廠），CS2（上海試劑一廠），二乙烯三胺（DETA）；DFY-5L／40低溫恒溫反應(yīng)?。柫x予華器皿有限公司），ICP2100 PE公司，美國。

1.2 改性田菁膠捕集劑的合成

用環(huán)氧氯丙烷作交聯(lián)劑，與田菁膠進行交聯(lián)，得到環(huán)氧田菁膠，引入活性基團，借助活性基團，通過堿催化，將二乙烯三胺引入田菁膠鏈中，得到氨基田菁膠；堿性條件下，與CS2反應(yīng)，得到改性田菁膠捕集劑。［1］

合成反應(yīng)式為：

1.3 改性田菁膠捕集劑對Cd2+吸附量的測定

準確稱取1g改性田菁膠捕集劑，置于250mL錐形瓶中，加入50ml一定濃度的Cd（NO3）2溶液，蓋緊后置于已設(shè)定溫度298K的恒溫振蕩器中，50～100r／min下進行振蕩，直至吸附達到平衡，離心分離后取適量清液，用ICP測定剩余Cd2+濃度，根據(jù)吸附前后溶液中Cd2+濃度的變化，計算吸附容量Q（mmol／g）。［2］

式中，C0和C1分別為吸附前后Cd2+濃度（mmol／L）；V為Cd2+溶液體積（L）；W為改性田菁膠質(zhì)量（g）。

圖1 吸附后Cd2+濃度測定流程

2 結(jié)果與討論

2.1 捕集劑加入量對Cd2+去除率的影響

捕集劑的加入量，直接關(guān)系到實際操作中成本的多少。加入量越少越節(jié)約成本，就越有實際意義。因此，我們進行了捕集劑加入量實驗。實驗使用溶液為0.0010mol·L-1的Cd（NO3）2溶液，反應(yīng)的攪拌時間25min，溫度為25℃，pH＝5.00。

圖2的結(jié)果表明，捕集劑加入量對水中鎘離子的處理有比較大的影響，隨著加入量的增加，去除率有較大變化。當捕集劑加入量為理論用量的1.0倍時，去除率達到99.65%，1.2倍時，去除率達到100%。在捕集劑加入量大于等于理論用量的1.2倍時，處理效果好。具體應(yīng)用時還要根據(jù)實際情況確定捕集劑加入量。

2.2 pH值對Cd2+去除率的影響

為了有效地捕集去除水中的鎘離子，防止鎘離子沉淀，水溶液的pH對鎘離子的吸附非常重要，因此必須調(diào)整溶液pH值到最佳范圍。本實驗中控制pH在2.5～8.5范圍內(nèi)，測得pH值對Cd2+吸附效果的影響。實驗使用溶液為0.0010mol·L-1的Cd（NO3）2溶液，反應(yīng)的攪拌時間20min，捕集劑加入量為理論用量的1.2倍。

圖3的結(jié)果表明，在酸性條件下，捕集劑能有效去除Cd2+，效果較好。pH值在5.0～7.0情況下，去除率為100%，所以處理含鎘水時，需要測定或調(diào)整pH值在合適范圍內(nèi)，使捕集劑的吸附效果達到最佳。從圖3可以看出，隨著溶液pH值的增加，去除率先逐漸增加，逐漸降低，說明堿性條件下，Cd2+生成Cd（OH）2，導(dǎo)致去除率的降低。［3］

2.3 反應(yīng)時間對Cd2+的去除率的影響

一般情況下，反應(yīng)時間也是影響Cd2+去除效果的一個因素，實驗通過控制反應(yīng)時間的長短來測試捕集劑的捕集效果。實驗使用溶液為0.0010mol·L-1的Cd（NO3）2溶液，捕集劑加入量為理論用量的1.2倍，pH＝5.0。圖4的結(jié)果表明，在攪拌速度為50～100轉(zhuǎn)／分鐘情況下，反應(yīng)進行20分鐘后捕集劑去除Cd2+效果較好，反應(yīng)進行25分鐘后去除率為100%，所以處理含鎘水時，反應(yīng)時間應(yīng)在25分鐘以上，使捕集劑的吸附效果達到最佳。

圖2 捕集劑加入量對Cd2+的去除率的影響

圖3 pH值對Cd2+去除率的影響

圖4 反應(yīng)時間對Cd2+的去除率的影響

圖5 溫度對Cd2+的去除率的影響

2.4 溫度對Cd2+的去除率的影響

從理論上講，吸附反應(yīng)都是吸熱反應(yīng)，溫度越高，對反應(yīng)越有利。反應(yīng)溫度的高低直接決定了處理成本的高低，反應(yīng)溫度是否影響Cd2+去除效果，實驗通過控制反應(yīng)溫度來測試捕集劑的捕集效果。實驗使用溶液為0.0010mol·L-1的Cd（NO3）2溶液，捕集劑加入量為理論用量的1.2倍，pH＝5.0。

圖5的結(jié)果表明，在其他條件不變的條件下，隨著反應(yīng)溫度的升高，Cd2+去除率升高；如果溫度繼續(xù)升高，Cd2+去除率會快速降低。溫度在15～25℃時，捕集劑去除Cd2+效果較好，18～22℃去除率為100%，所以處理含鎘水時，反應(yīng)溫度為20℃左右，使捕集劑的吸附效果達到最佳。雖然升溫對吸熱反應(yīng)有利，但是升溫分子、離子運動速度增加造成吸附量下降，也可能高溫造成捕集劑降解，導(dǎo)致去除率快速降低。

3 結(jié)語

為了使改性田菁膠捕集劑處理含鎘水溶液達到最佳效果，工藝條件應(yīng)該設(shè)定為：捕集劑加入量為理論用量的1.2倍，pH值為5.0～7.0之間，反應(yīng)時間為25min以上，反應(yīng)溫度在20±2℃。

此外，該方法原料易得，合成工藝簡單，費用不高，處理效果良好，因此在含鎘廢水處理方面有一定實用價值，也必將產(chǎn)生顯著的社會效益和環(huán)境效益。

［1］李睿，仲非，楊雪，高曉宇.天然半乳甘露聚糖類高分子改性中間體的制備［J］.大慶師范學(xué)院學(xué)報，2012（3）：86-89.

［2］寧青菊，肖昊江.淀粉接枝共聚微球?qū)d2+的吸附性能研究［J］.食品科學(xué)，2009，30（1）：31-34.

［3］張余，劉代琴.新型重金屬離子捕集劑的合成及其對廢水中銅離子的捕集作用［J］.化學(xué)研究，2011，22（1）：69-73.

孫洪海（1964-），男，黑龍江大慶人，大慶師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院副教授，從事無機化學(xué)功能材料研究。

黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究資助項目（11553010）。

O661.1

A

2095-0063（2013）06-0080-03

2013-09-15