沸石负载稀土元素镧吸附处理含镉废水试验

邓书平

（营口理工学院，辽宁 营口 115014）

沸石负载稀土元素镧吸附处理含镉废水试验

邓书平

（营口理工学院，辽宁 营口 115014）

以稀硫酸和稀土元素镧离子改性天然沸石，制得改性稀土沸石。采用正交试验研究改性稀土沸石吸附处理模拟含镉废水，结果表明：在改性稀土沸石投加量为1.3g/L、pH值为6、吸附时间100min和反应温度20℃条件下，浓度为50mg/L模拟含镉废水中镉的去除率可达98%以上。

沸石；稀土；吸附；含镉废水

1 前言

镉污染主要来源于铅锌矿的开采，合金钢的生产，电镀、染料、玻璃等生产过程。金属镉毒性很低，但其化合物毒性很大。人体的镉中毒主要是通过呼吸道和消化道摄取被镉污染的空气、食物、水而引起。据报道，居民如果长期饮用浓度超过0.2mg/L的含镉水时，就可引发“骨痛病”。进入人体中的镉主要累积于肝、肾、胰腺、甲状腺和骨骼中。使人体脏器发生病变，造成骨质松软、神经痛、贫血、肾炎和分泌失调等病症，所以含镉废水排放前必须进行处理。

沸石具有很大的比表面积和大量的微孔，因而具有较强的吸附能力。但由于天然沸石中的孔道不够均匀且相互连通的程度差，因此就必须对天然沸石进行改性处理。

稀土应用于污水治理已逐渐成为一个新的技术热点，有研究表明：利用La3+溶液浸渍沸石，经焙烧后可生成活性物氧化镧，它在水溶液中易与水配位，水溶解生成羟基化表面。表面羟基在溶液中能发生质子迁移，表现出两性表面特征及相应的电荷。经La3+溶液改性的沸石表面覆盖羟基后易与阳阴离子生成表面配位络合物，从而可进一步提高沸石的吸附能力。

本试验就是对天然沸石改性处理，制备具很强吸附性能的改性稀土沸石，并考察了不同条件下改性稀土沸石对Cd2+的吸附性能。

2 材料及方法

2.1 材料

天然沸石取自辽宁阜新，其化学组成见表1。

表1 天然沸石化学成分

2.2 仪器及试剂

仪器：JN-2004电分析天平、UV-751型分光光度计、THZ-92A型台式恒温振荡器、酸度计、干燥箱、离心机等。

试剂：分析纯六水硝酸镧、CdCl2·5H2O。

2.3 改性稀土沸石制备

2.3.1 沸石改性

称取一定量天然沸石在650℃下焙烧30min，再向其中加入1mol/L的稀硫酸，浸泡2h，过滤，用蒸馏水洗至中性[1]，烘干，制得酸改沸石。

2.3.2 稀土沸石的制备

向La3+浓度为0.36mol/L的溶液中加入氨水，调节pH值至10，再按固液比1∶10，投加改性沸石，浸渍24h，过滤，再用洗涤至中性，干燥，最后在500℃下再焙烧lh，冷却，研磨过100目筛，得改性稀土沸石[2]。

2.4 静态吸附试验

取一定浓度的含镉废水100mL于250mL锥形瓶中，再加入一定量改性稀土沸石，调节模拟废水的pH值至某一数值，一定温度下于恒温振荡器吸附，静置离心分离。用双硫腙分光光度法测定吸附后模拟废水中Cd2+浓度。并计算去除率η。

式中：ρ0——处理前模拟废水中Cd2+的浓度，mg/L；

ρe——处理后模拟废水中Cd2+的浓度，mg/L。

3 结果与讨论

3.1 单因素试验结果分析

3.1.1 天然沸石与改性稀土沸石吸附能力比较

取两等份模拟含镉废水向其中分别加入等量改性稀土沸石和天然沸石，比较两种吸附剂对镉的吸附处理能力，见图1。

图1 天然沸石与改性稀土沸石对Cd2+吸附性能比较

由图1可知，天然沸石和改性稀土沸石对Cd2+的吸附量随吸附时间增加而增加，但在相同吸附时间里，改性稀土沸石对Cd2+的吸附能力远高于天然沸石。吸附95min后，两种吸附剂对Cd2+的吸附基本达到平衡。

3.1.2 pH值对镉离子去除率的影响

向8份100mL含镉废水中加入等量改性稀土沸石，调溶液至不同的pH值，考察废水不同pH值对Cd2+去除效果的影响[3]，见图2。

图2 pH值对Cd2+去除效果的影响

由图2可见，在酸性环境下，Cd2+的去除率随着模拟废水pH值升高而增大，主要原因是在强酸性条件下溶液中存在大量H+，H+与Cd2+产生竞争吸附，减少了改性稀土沸石对Cd2+的吸附量；随着溶液pH值升高，溶液中H+减小，H+所产生的吸附竞争减弱，因此，改性稀土沸石对Cd2+的吸附量增加，去除率提高。而当pH值高于7时，Cd2+去除率接近100%，这主要是由于Cd2+在碱性环境中生成沉淀，从而降低了Cd2+在溶液中的含量，所以Cd2+在pH值碱性环境中试验无意义。因此试验选择废水pH值为6。

3.1.3 改性沸石加入量对镉离子去除率的影响

取6等份浓度为50mg/L的含镉废水，向其中加入不等量改性稀土沸石，室温，pH值为6，吸附搅拌时间为95min的条件下，考察不同稀土沸石投加量对Cd2+去除效果的影响[4]，见图3。

图3 不同投加量对Cd2+去除效果的影响

由图3可知，Cd2+的去除率随改性稀土沸石投加量的增加而提高，当改性稀土沸石投加量达到1.3g/L时，Cd2+去除率可达98%；继续加入改性稀土沸石量，Cd2+的去除率提高趋于平缓。

3.2 正交试验结果与分析

3.2.1 正交试验设计

根据因素试验结果分析，为考察各种试验条件下改性稀土沸石对Cd2+去除效果的影响，特设计正交试验。选择改性稀土沸石用量(A)、pH值(B)、时间(C)、温度(D)作为正交试验中的4个影响因素，并且

每个因素选取4个水平。然后参照正交表分别进行试验[5]，正交试验因素水平见表2。

表2 正交试验的因素与水平

3.2.2 结果与分析

按照L16(44)正交试验计划表的各种因素水平分别进行试验，试验设计见表3。

表3 正交试验设计方案

根据表3正交试验设计方案对A、B、C、D 4个影响因素进行极差分析研究，结果见表4。

根据表4极差结果分析，影响改性稀土沸石对Cd2+去除率的各因素的重要性顺序为：A＞C＞D＞B，即改性稀土沸石投加量＞pH值＞吸附时间＞温度。最佳水平组合为：A3B3C4D1，即当改性稀土沸石投加量为1.3g/L，吸附时间为100min，pH值为6，反应温度为20℃。在上述条件下再进行试验，改性稀土沸石对模拟废水中Cd2+去除率可达98%。

表4 正交试验结果分析

4 结论

(1) 我国沸石储量居世界前列，资源丰富。如果能利用改性沸石取代昂贵的其他水处理材料用于水处理领域，将能大大的降低企业治污的成本。

(2) 改性稀土沸石对Cd2+的最佳试验条件为pH值为6，改性稀土沸石投加量1.3g/L，吸附时间100min，反应温度20℃，在此条件下，改性稀土沸石对模拟废水中Cd2+的去除率可达98%。

(3) 该方法处理含镉废水效果好，操作简便，处理成本低。

[1]戴双林，王荣昌，赵建夫.改性沸石去除废水中氮和磷的机理与应用[J].净水技术，2011，30(6)：53-57.

[2]喆江，宁平，普红平，等.稀土吸附剂的制备及去除水中氨氮的研究[J].武汉理工大学学报，2004，26(6)：18-21.

[3]胡忠于，罗道成.改性累托石对镉离子吸附性能的研究[J].环境工程学报，2007，1(4)：82-85.

[4]冯秀娟，成先雄.改性稀土渣处理含镉废水的研究[J].中国有色金属，2008(1)：45-47.

[5]牟淑杰.改性累托石吸附处理含镉废水实验研究[J].矿产综合利用，2009(3)：17-19.

Study on Adsorption Treatment of Wastewater Containing Cadmium With Zeolite Carried Rare Earth Elements Lanthanum

DENG Shu-ping
(Yingkou Institute of Technology, Yingkou 115014, China)

The zeolite is modified by dilute sulphuric acid and rare earths elements Lanthanum ion, obtain modified rare earth zeolite. The simulation experiment on the treatment for wastewater containing cadmium with modified rare earth zeolite absorption is conducted by the orthogonal method. The results show that the removal rate of the simulation wastewater containing cadmium that the density is 50mg/L can be over 98% with the dosage of rare earth zeolite is 1.3g/L, pH is 6, the contacting time is 100min and reaction temperature 20℃.

rectorite; rare earth; adsorption; wastewater containing cadmium

X703.1

A

1007-9386(2015)02-0025-03

2014-10-27