改性田菁胶捕集剂对Cd2+吸附能力的研究

孙洪海，李 睿，李飞雪

（1.大庆师范学院化学化工学院，黑龙江大庆163712；2.大庆油田工程有限公司，黑龙江大庆163711）

改性田菁胶捕集剂对Cd2+吸附能力的研究

孙洪海1，李 睿1，李飞雪2

（1.大庆师范学院化学化工学院，黑龙江大庆163712；2.大庆油田工程有限公司，黑龙江大庆163711）

近年来，人们对镉（Cd2+）等重金属离子污染治理极为关注，因为这些重金属离子对人们的生活质量、农业生产等方面影响极大。尽管水中重金属离子除去方法很多，但因成本高和易造成二次污染而限制了这些方法的广泛应用。有机捕集剂能够捕获重金属离子，而本身不溶于水，容易分离，不会造成二次污染，所以可以广泛应用有机捕集剂进行污染治理。通过研究改性天然田菁胶捕集剂吸附镉离子，并对吸附条件进行分析，得出使用改性田菁胶捕集剂的使用条件。

改性田菁胶；捕集剂；影响

0 引言

2013年，有关镉（Cd2+）含量超标大米的事件引起了全国甚至世界性的关注，人们对会致癌的镉污染表现出担心。镉含量超标大米的事件引起人们对重金属污染水的重视，从而关注治理重金属水污染的研究。通过研究发现镉的来源主要有：大面积污染来自矿物废水和含镉矿渣、局部污染来自工厂废水和镉电池的随意丢弃。

改性田菁胶捕集剂是从植物果实中提取田菁胶，并通过改性或基团表面修饰等方式，选择和设计吸附性能而得到的，与其他捕集剂相比改性田菁胶捕集剂具有优良的吸附性能、生物相容性、可降解性原料来源广泛、成本低等优点，在重金属捕集、分离、净化领域有较广阔的应用前景，适合用作重金属吸附剂，因此在污水处理工程中拥有巨大的应用开发潜力。镉（Cd2+）属于污染环境的有害重金属离子，因此对Cd2+回收与分离变得十分重要。本实验利用改性田菁胶吸附重金属离子Cd2+，取得了较好地效果，具有一定的应用价值。

1 实验部分

1.1 主要试剂和仪器

天然半乳甘露聚糖类高分子田菁胶（江苏灌南县宏图植物胶厂），氢氧化钠（上海试剂一厂），无水乙醇（上海试剂一厂），环氧氯丙烷（上海试剂一厂），CS2（上海试剂一厂），二乙烯三胺（DETA）；DFY-5L／40低温恒温反应浴（巩义予华器皿有限公司），ICP2100 PE公司，美国。

1.2 改性田菁胶捕集剂的合成

用环氧氯丙烷作交联剂，与田菁胶进行交联，得到环氧田菁胶，引入活性基团，借助活性基团，通过碱催化，将二乙烯三胺引入田菁胶链中，得到氨基田菁胶；碱性条件下，与CS2反应，得到改性田菁胶捕集剂。［1］

合成反应式为：

1.3 改性田菁胶捕集剂对Cd2+吸附量的测定

准确称取1g改性田菁胶捕集剂，置于250mL锥形瓶中，加入50ml一定浓度的Cd（NO3）2溶液，盖紧后置于已设定温度298K的恒温振荡器中，50～100r／min下进行振荡，直至吸附达到平衡，离心分离后取适量清液，用ICP测定剩余Cd2+浓度，根据吸附前后溶液中Cd2+浓度的变化，计算吸附容量Q（mmol／g）。［2］

式中，C0和C1分别为吸附前后Cd2+浓度（mmol／L）；V为Cd2+溶液体积（L）；W为改性田菁胶质量（g）。

图1 吸附后Cd2+浓度测定流程

2 结果与讨论

2.1 捕集剂加入量对Cd2+去除率的影响

捕集剂的加入量，直接关系到实际操作中成本的多少。加入量越少越节约成本，就越有实际意义。因此，我们进行了捕集剂加入量实验。实验使用溶液为0.0010mol·L-1的Cd（NO3）2溶液，反应的搅拌时间25min，温度为25℃，pH＝5.00。

图2的结果表明，捕集剂加入量对水中镉离子的处理有比较大的影响，随着加入量的增加，去除率有较大变化。当捕集剂加入量为理论用量的1.0倍时，去除率达到99.65%，1.2倍时，去除率达到100%。在捕集剂加入量大于等于理论用量的1.2倍时，处理效果好。具体应用时还要根据实际情况确定捕集剂加入量。

2.2 pH值对Cd2+去除率的影响

为了有效地捕集去除水中的镉离子，防止镉离子沉淀，水溶液的pH对镉离子的吸附非常重要，因此必须调整溶液pH值到最佳范围。本实验中控制pH在2.5～8.5范围内，测得pH值对Cd2+吸附效果的影响。实验使用溶液为0.0010mol·L-1的Cd（NO3）2溶液，反应的搅拌时间20min，捕集剂加入量为理论用量的1.2倍。

图3的结果表明，在酸性条件下，捕集剂能有效去除Cd2+，效果较好。pH值在5.0～7.0情况下，去除率为100%，所以处理含镉水时，需要测定或调整pH值在合适范围内，使捕集剂的吸附效果达到最佳。从图3可以看出，随着溶液pH值的增加，去除率先逐渐增加，逐渐降低，说明碱性条件下，Cd2+生成Cd（OH）2，导致去除率的降低。［3］

2.3 反应时间对Cd2+的去除率的影响

一般情况下，反应时间也是影响Cd2+去除效果的一个因素，实验通过控制反应时间的长短来测试捕集剂的捕集效果。实验使用溶液为0.0010mol·L-1的Cd（NO3）2溶液，捕集剂加入量为理论用量的1.2倍，pH＝5.0。图4的结果表明，在搅拌速度为50～100转／分钟情况下，反应进行20分钟后捕集剂去除Cd2+效果较好，反应进行25分钟后去除率为100%，所以处理含镉水时，反应时间应在25分钟以上，使捕集剂的吸附效果达到最佳。

图2 捕集剂加入量对Cd2+的去除率的影响

图3 pH值对Cd2+去除率的影响

图4 反应时间对Cd2+的去除率的影响

图5 温度对Cd2+的去除率的影响

2.4 温度对Cd2+的去除率的影响

从理论上讲，吸附反应都是吸热反应，温度越高，对反应越有利。反应温度的高低直接决定了处理成本的高低，反应温度是否影响Cd2+去除效果，实验通过控制反应温度来测试捕集剂的捕集效果。实验使用溶液为0.0010mol·L-1的Cd（NO3）2溶液，捕集剂加入量为理论用量的1.2倍，pH＝5.0。

图5的结果表明，在其他条件不变的条件下，随着反应温度的升高，Cd2+去除率升高；如果温度继续升高，Cd2+去除率会快速降低。温度在15～25℃时，捕集剂去除Cd2+效果较好，18～22℃去除率为100%，所以处理含镉水时，反应温度为20℃左右，使捕集剂的吸附效果达到最佳。虽然升温对吸热反应有利，但是升温分子、离子运动速度增加造成吸附量下降，也可能高温造成捕集剂降解，导致去除率快速降低。

3 结语

为了使改性田菁胶捕集剂处理含镉水溶液达到最佳效果，工艺条件应该设定为：捕集剂加入量为理论用量的1.2倍，pH值为5.0～7.0之间，反应时间为25min以上，反应温度在20±2℃。

此外，该方法原料易得，合成工艺简单，费用不高，处理效果良好，因此在含镉废水处理方面有一定实用价值，也必将产生显著的社会效益和环境效益。

［1］李睿，仲非，杨雪，高晓宇.天然半乳甘露聚糖类高分子改性中间体的制备［J］.大庆师范学院学报，2012（3）：86-89.

［2］宁青菊，肖昊江.淀粉接枝共聚微球对Cd2+的吸附性能研究［J］.食品科学，2009，30（1）：31-34.

［3］张余，刘代琴.新型重金属离子捕集剂的合成及其对废水中铜离子的捕集作用［J］.化学研究，2011，22（1）：69-73.

孙洪海（1964-），男，黑龙江大庆人，大庆师范学院化学化工学院副教授，从事无机化学功能材料研究。

黑龙江省教育厅科学技术研究资助项目（11553010）。

O661.1

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2095-0063（2013）06-0080-03

2013-09-15