不同改性玉米芯對含鎘污水的處理效果

嚴(yán)素定等

摘要：分別采用ＫＯＨ、磷酸和檸檬酸對玉米芯進(jìn)行改性處理，制得４種改性玉米芯ＭＣ－１～ＭＣ－４。通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)探討了玉米芯吸附Ｃｄ２＋的適宜改性方法和最佳條件。結(jié)果表明，用ＫＯＨ對玉米芯改性時(shí)，最佳活化溫度為７５０℃；當(dāng)溶液ｐＨ為６、玉米芯投加量為５．００ ｍｇ／ｍＬ、吸附劑種類為ＭＣ－２時(shí)改性玉米芯對Ｃｄ２＋的吸附效果最佳。進(jìn)一步研究表明，在最佳條件下，將改性玉米芯ＭＣ－２應(yīng)用于含鎘生活污水處理時(shí)，污水中的其他組分對改性玉米芯吸附Ｃｄ２＋的效果有干擾。

關(guān)鍵詞：改性玉米芯； 含鎘污水； 吸附效果

中圖分類號：Ｘ７０３．１文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０12）04－0702-03

近年來，利用廉價(jià)的農(nóng)業(yè)廢棄物處理低濃度重金屬廢水已引起人們的高度重視［１－３］。利用玉米芯處理重金屬廢水時(shí)需要對其改性，多數(shù)研究者關(guān)注的是其中某一種改性方法，而關(guān)于玉米芯多種改性方法的對比研究報(bào)道較少。通過在相同試驗(yàn)條件下，研究不同改性方法下的玉米芯對含鎘污水的處理，比較其處理效果，確定玉米芯處理含鎘污水時(shí)最適宜的改性方法和最佳處理?xiàng)l件。

１材料與方法

１．１材料

玉米芯。由黃石市某菜市場購得玉米芯后，沖洗除去表面雜質(zhì)，室溫干燥，破碎過篩后儲(chǔ)存?zhèn)溆谩：k生活污水中的Ｃｄ２＋由分析純ＣｄＣｌ２·２．５Ｈ２Ｏ配制而成，生活污水其他組分由分析純葡萄糖、可溶性淀粉、尿素、氯化銨、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、氯化鈉、硫酸鎂和三氯化鐵等模擬配制而成。

１．２玉米芯的改性方法

１）ＭＣ－１（ＫＯＨ處理）。將預(yù)處理后的３～４ ｍｍ玉米芯置于坩堝中，在炭化溫度為４５０ ℃下干餾３０ ｍｉｎ；按ＫＯＨ與炭化后的原料質(zhì)量比為３∶１的比例，將稱好的原料浸漬于ＫＯＨ飽和溶液內(nèi)０．５ ｈ，烘干，在一定溫度下活化１．０ ｈ，活化加熱速率為３０ ℃／ｍｉｎ，冷卻；用去離子水洗至中性，在１２０℃下烘干制得改性玉米芯ＭＣ－１。

２）ＭＣ－２（ＫＯＨ處理）。干餾１．０ ｈ，活化１．２ ｈ，其他處理同ＭＣ－１。

３）ＭＣ－３（磷酸處理）。稱取５０ ｇ ３～４ ｍｍ并經(jīng)水洗的玉米芯，置于５００ ｍＬ的大燒杯中，加入１００ ｍＬ １ ｍｏｌ／Ｌ磷酸溶液，攪拌１．０ ｈ，離心去除液體部分，在５０ ℃下烘干，然后升溫至１８０ ℃加熱２．０ ｈ，用７５ ℃去離子水清洗去除游離磷酸，然后在５０ ℃下烘干制得改性玉米芯ＭＣ－３。

４）ＭＣ－４（檸檬酸處理）。分別稱取５０ ｇ ３～４ ｍｍ并經(jīng)水洗的玉米芯，置于５００ ｍＬ的大燒杯中，加入１００ ｍＬ ０．６ ｍｏｌ／Ｌ檸檬酸溶液，攪拌１．０ ｈ，離心去除液體部分，在５０ ℃下烘干，然后升溫至１３０ ℃加熱２．０ ｈ，用７５ ℃去離子水清洗去除游離的檸檬酸，然后在５０ ℃下烘干制得改性玉米芯ＭＣ－４。

１．３測試方法

Ｃｄ２＋采用原子吸收分光光度法測定；ＮＨ３－Ｎ采用納氏試劑分光光度法測定；ＣＯＤ采用標(biāo)準(zhǔn)Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７法測定；ｐＨ采用玻璃電極法測定。

２結(jié)果與分析

２．１活化溫度對改性玉米芯吸附性能的影響

利用ＫＯＨ對玉米芯改性時(shí)，文獻(xiàn)中報(bào)道的活化溫度范圍大多在６００～８５０ ℃之間［4-6］，因此，研究中活化溫度分別設(shè)定為６５０、７５０和８５０ ℃，吸附時(shí)間固定為２．０ ｈ，以改性玉米芯得率和Ｃｄ２＋吸附率（表１）作為響應(yīng)指標(biāo)。從得率來看，活化溫度越高，得率越低；從吸附效果來看，吸附率由大到小所對應(yīng)的活化溫度分別為７５０、８５０和６５０ ℃；綜合來看，活化溫度為６５０ ℃時(shí)，雖然玉米芯得率比較高，但是吸附率較低，而活化溫度為８５０ ℃時(shí)，雖然吸附率比較高，但是玉米芯得率較低。因此，綜合玉米芯改性后的得率和對Ｃｄ２＋的吸附率兩個(gè)因素，確定７５０ ℃為最優(yōu)活化溫度。

２．２改性玉米芯對Ｃｄ２＋的吸附

玉米芯吸附Ｃｄ２＋的試驗(yàn)中，吸附時(shí)間固定為２．０ ｈ，Ｃｄ２＋初始濃度固定為５．０００ ０ ｍｇ／Ｌ，其他試驗(yàn)因素和水平設(shè)置見表２。采用正交表Ｌ１６（４５）進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)（取前３個(gè)因素），共１６個(gè)處理，試驗(yàn)結(jié)果見表３。由表３可知，在影響玉米芯吸附Ｃｄ２＋的因素中，吸附劑種類效應(yīng)最大，其次是ｐＨ，玉米芯投加量影響最小。最佳組合為Ａ１Ｂ４Ｃ２，即ｐＨ為６，玉米芯投加量為５．００ ｍｇ／ｍＬ，以４５０ ℃干餾１．０ ｈ，在ＫＯＨ飽和溶液內(nèi)浸泡后以７５０ ℃活化１．２ ｈ制得的改性玉米芯ＭＣ－２對Ｃｄ２＋的吸附效果最佳。將此最佳組合作為一個(gè)處理進(jìn)行試驗(yàn)，Ｃｄ２＋吸附率高達(dá)９８．６４％，出水濃度為０．０６７ ９ ｍｇ／Ｌ，達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（ＧＢ８９７８—１９９６）的要求。

２．３改性玉米芯對含鎘生活污水的處理

根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果所確定的最佳吸附條件，將５．００ ｍｇ／ｍＬ的吸附劑ＭＣ－２投加到含Ｃｄ２＋的模擬生活污水中，調(diào)節(jié)ｐＨ為６，反應(yīng)２．０ ｈ，所得試驗(yàn)結(jié)果見表４。從表４可以看出，改性玉米芯對生活污水中ＣＯＤCr和ＮＨ３－Ｎ吸附率均低于１２％，且Ｃｄ２＋吸附率（６８．２０％）相對于吸附試驗(yàn)中的吸附率（９８．６４％）也有較大幅度降低，這主要是由于改性玉米芯的部分吸附位點(diǎn)被生活污水中的有機(jī)物和其他無機(jī)物所占據(jù)，因此生活污水中的其他組分對改性玉米芯吸附Ｃｄ２＋的效果有干擾。

３小結(jié)

試驗(yàn)結(jié)果表明，用ＫＯＨ改性玉米芯時(shí)，最佳活化溫度為７５０ ℃；ｐＨ為６、玉米芯投加量為５．００ ｍｇ／ｍＬ、吸附劑種類為ＭＣ－２時(shí)改性玉米芯對Ｃｄ２＋的吸附效果最佳；生活污水中的其他組分對改性玉米芯吸附Ｃｄ２＋的效果有干擾。

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