煅燒貽貝殼對重金屬廢水中Cd2+的生物質(zhì)吸附研究

高萬濤 蘇曉燕 白金諾

（大連民族大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院 遼寧·大連 116600）

0 引言

水中重金屬包括鎘、鉛、汞等，其中鎘對水生生物毒性大，應(yīng)該對其含量水平進(jìn)行控制。傳統(tǒng)的重金屬污染廢水處理方法有上浮法、沉淀法、離子交換法、電解法和活性炭吸附法等。在這些技術(shù)中，活性炭吸附法因?yàn)椴僮骱唵魏托矢撸艿搅巳藗兊那嗖A從而大量采用。但是，活性炭使用成本較高，近年來，國內(nèi)外開始尋找新的高效、低成本吸附材料，如生物質(zhì)吸附劑。

中國是世界范圍內(nèi)生產(chǎn)和使用貝類的產(chǎn)量最多的國家。平均每年超過1000萬噸，如果不使用這些貝殼，它們也會堆棄在海灘并造成環(huán)境污染。貝殼的主要成分是碳酸鈣，煅燒后貝殼粉結(jié)構(gòu)多孔，比表面積大，可將重金屬離子吸附在其表面，同時成分變?yōu)檠趸}，溶于水后與多數(shù)金屬離子結(jié)合沉淀析出。貝殼粉吸附劑具有吸附效率高而且成本低等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。然而，尚未見利用煅燒貽貝殼粉對重金屬進(jìn)行去除研究，本文將利用煅燒貽貝殼粉對水中Cd2+離子進(jìn)行去除實(shí)驗(yàn)研究，為貝殼粉去除重金屬提供更多的基礎(chǔ)參考資料。

1 實(shí)驗(yàn)方法

貽貝購買于大連民族大學(xué)東門附近的農(nóng)貿(mào)市場。去除殼上殘余物及肉體后，放入粉碎機(jī)內(nèi)打碎，后將得到的粉末經(jīng)馬弗爐900℃ 恒溫煅燒2小時。取出靜置降溫50目篩網(wǎng)過濾留用。利用AA-7000原子吸收分光光度計測量實(shí)驗(yàn)前后Cd2+濃度。購置Cd2+標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)配置標(biāo)準(zhǔn)曲線。所有實(shí)驗(yàn)溶液在臺式恒溫?fù)u床BSD-TX270內(nèi)的時間均為20分鐘，溫度為25℃，轉(zhuǎn)速為125r/min。實(shí)驗(yàn)時先把鎘原液用去離子水稀釋到目標(biāo)濃度，再把100 ml溶液移至到250 ml錐形瓶中，分別稱取并加入適量貝殼粉，放入搖床內(nèi)用原子吸收分光光度計來測定溶液內(nèi)Cd2+濃度，通過下列公式計算貝殼粉對重金屬Cd2+的吸附效率。

其中，C0表示重金屬鎘離子的初始濃度，單位：mg/L；C表示吸附后重金屬鎘離子的殘留濃度，單位：mg/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 鎘的標(biāo)準(zhǔn)曲線的配制

先取1 ml的鎘原液(100 g/L)于100 ml的容量瓶中，去離子水定容。再移取1ml上述溶液到100ml容量瓶，用去離子水定容。最后分別取 1、2、3、4、5 ml上述溶液至 100 ml容量瓶中，去離子水定容到刻度線，搖勻。此時溶液Cd2+濃度已達(dá)到原子吸收分光光度計可測范圍，用火焰吸收法測定Cd2+濃度。圖1為鎘的標(biāo)準(zhǔn)曲線，方程為A=-0.044099C2+0.34748C，A為吸光度，C是稀釋后的溶液內(nèi)Cd2+的濃度（mg/L），相關(guān)系數(shù)R2＝0.9995，回歸效果好，可以開展后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

圖1：鎘溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2 鎘溶液初始濃度對貝殼粉吸附效果影響

由鎘原液稀釋分別設(shè)置不同初始濃度：200mg/L，500mg/L，1000 mg/L，1500 mg/L，2000 mg/L，3000 mg/L，研究初始濃度對吸附效果的影響。隨初始濃度增加，Cd2+去除效率逐漸下降。分析原因認(rèn)為，隨濃度增加后，已有貝殼粉無法提供足夠多的吸附位點(diǎn)對其進(jìn)行吸附，導(dǎo)致更多的Cd2+只能保留在溶液中。

圖2：鎘溶液初始濃度對貝殼粉吸附效果影響

2.3 鎘溶液pH對貝殼粉吸附效果影響

保持溶液的初始濃度為500 mg/L，置于臺式恒溫?fù)u床內(nèi)20分鐘，貝殼粉投加量為20 mg，考察溶液pH對貝殼粉吸附效果影響。從圖3中可以看出，Cd2+的吸附率隨著溶液pH的增加而逐步增加，當(dāng)pH超過7后吸附速率逐漸下降。貝殼粉去除重金屬離子應(yīng)該是吸附和沉淀的結(jié)合，只有兩者結(jié)合才能除去重金屬離子。不同pH條件下，貝殼粉對鎘的吸附能力不同，在pH為8到9的范圍內(nèi)，貽貝殼粉內(nèi)在pH值為9的時候吸附量達(dá)到最高。由此可見，pH是影響鎘吸附效率的重要因素，原因可能是pH會影響鎘和吸附劑表面的化學(xué)鍵強(qiáng)度和吸附劑的表面電荷特性。

圖3：鎘溶液pH對貝殼粉去除效果的影響

2.4 貝殼粉劑量對貝殼粉吸附效果影響

控制溶液的初始濃度為500 mg/L，置于臺式恒溫?fù)u床內(nèi)20分鐘，調(diào)節(jié)溶液pH值為7，考察貝殼粉劑量對貝殼粉吸附效果影響。從圖4可以看出，隨著貝殼粉劑量的增加，貝殼粉吸附率呈上升趨勢。其原因可能是隨貝殼粉用量的增大，貝殼粉所能提供的吸附點(diǎn)位會增加，同時內(nèi)和反應(yīng)消耗了溶液內(nèi)的氫離子，使pH值增大，來達(dá)到去除Cd2+的效果。

圖4：貝殼粉量對貝殼粉吸附效果影響

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)研究了以煅燒貽貝殼粉作為生物質(zhì)生物吸附劑對金屬離子廢水內(nèi)的Cd2+離子的去除效果。結(jié)果表明，溶液pH顯著影響煅燒貽貝殼粉對鎘離子的吸附效果吸附，反應(yīng)體系處于堿性條件更有利于吸附的進(jìn)行，去除效率更高。在貽貝殼粉投加量一定的情況下，隨著溶液初始濃度的增加，鎘離子的去除效率不斷降低，表明溶液初始濃度對貽貝殼粉吸附有著不可忽視的影響。