蔣 琳 孫國興

汞是一種在生物體內(nèi)和食物鏈中具有永久性累積的有毒物質(zhì),對人類的生存健康威脅較大[1]。膨潤土的主要成分是蒙脫石,其八面體的片狀結(jié)構(gòu)容易使其內(nèi)部的陽離子與外界其他陽離子產(chǎn)生交換,從而達(dá)到凈化污染物的效果[2]。殼聚糖是自然界中存在的唯一堿性多糖,對過渡金屬有良好的螯合作用,利用殼聚糖對膨潤土進(jìn)行改性,可去除廢水中的銅、鎘、汞等重金屬離子[3]。改性膨潤土對Cr(Ⅳ),Pb2+以及Cd均有良好的吸附效果[4,5],本文通過試驗考察了殼聚糖改性膨潤土對廢水中汞離子的吸附效能。

1 材料與試驗方法

1)試驗材料。鈣基膨潤土(南京湯山膨潤土有限公司),乙酸,殼聚糖(脫乙酰度為 90%),含汞廢水(取自江蘇某化工廠,汞離子濃度約為830mg/L)。

2)主要儀器設(shè)備。721型分光光度計(上海精密科學(xué)儀器有限公司),磁力加熱攪拌器,pH-3B型酸度計(上海雷磁儀器廠),GL-16G型離心機,恒溫干燥箱。

3)膨潤土制備。取15 g殼聚糖放入體積分?jǐn)?shù)為5%的乙酸中,緩慢加熱攪拌至完全溶解,然后向其中加入200g膨潤土繼續(xù)攪拌2 h。經(jīng)離心分離、洗滌后,利用擠出造粒機制成直徑為1 mm的顆粒。將顆粒樣品在烘箱中烘干,備用。

4)測試方法。用雙硫腙分光光度法測定水樣中汞離子的含量,通過公式計算膨潤土對汞離子的吸附率:吸附率=[(Co-Ce)/Co]×100%。其中,Co為汞離子初始濃度,mg/L;Ce為吸附后溶液濃度,mg/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗

1)吸附劑投加量對吸附率的影響。向5個200mL燒杯中加入汞離子濃度為100mg/L的廢水至刻度處,然后調(diào)節(jié)pH至7。分別向5個燒杯中加入制備好的膨潤土100mg,150mg,200mg,250mg,300mg,振蕩吸附60min后取離心水樣上清液測定殘留汞離子,并計算吸附率(見圖1)。吸附劑投加量對吸附率影響明顯,吸附率與投加量成正相關(guān)。

2)初始汞離子濃度對吸附率的影響。保持溶液pH=7,分別向8個200mL燒杯中各加入膨潤土300mg,測定膨潤土在初始汞離子濃度為 100mg/L,200mg/L,300mg/L,400mg/L,500mg/L,600mg/L,700mg/L,800mg/L時的吸附率(見圖2)。當(dāng)水中汞離子濃度超過400mg/L以后,吸附率下降十分明顯,說明吸附已經(jīng)飽和。

3)溶液pH對吸附率的影響。在膨潤土投加量為300mg,初始汞離子濃度為100mg/L時,分別考察濃液pH=1,3,5,7,9,11時的吸附率(見圖3)。在酸性條件下不利于吸附的進(jìn)行,在pH=7或在弱堿性環(huán)境下吸附率達(dá)到最大值。

2.2 回歸正交試驗

確定影響膨潤土負(fù)載殼聚糖吸附汞離子的主要影響因素為膨潤土投加量、初始汞離子濃度、反應(yīng)pH。選定L8(27)正交表(考慮因素 x1與因素 x2,因素 x1與因素 x3的交互作用),進(jìn)行回歸正交分析。準(zhǔn)確稱取8份一定量的膨潤土負(fù)載殼聚糖分別放到200mL燒杯中,向燒杯中加入含一定量汞離子濃度的廢水至200mL刻度,調(diào)節(jié)至設(shè)計pH,吸附60min后,將水樣離心,并取離心后上清液測定其水汞離子含量。試驗結(jié)果見表1。由正交試驗結(jié)果可以得到影響膨潤土負(fù)載殼聚糖對汞離子吸附率的因素從大到小的順序是:x1＞x2＞x3＞x1x2＞x13。

通過表2方差分析可知膨潤土投加量、初始汞離子濃度和吸附pH對吸附率的影響顯著,膨潤土投加量分別與初始汞離子濃度、吸附pH的交互作用對結(jié)果影響不顯著,因此可以得到回歸方程為:

將編碼公式:z1=(x1-200)/100,z2=(x2-450)/350,z3=(x3-6)/5代入原回歸方程中整理得到:

表1 正交試驗表

表2 方差分析表

3 結(jié)語

1)吸附率與膨潤土投加量正相關(guān),與初始汞離子濃度負(fù)相關(guān);酸性條件下的吸附率很低,最佳pH條件為7或弱堿性。2)影響膨潤土負(fù)載殼聚糖對汞離子吸附率的大小順序為:膨潤土投加量＞初始汞離子濃度＞吸附pH,各因素間交互作用不明顯。3)通過回歸正交試驗得到吸附率與影響因素之間的關(guān)系式為:

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