高温改性糖滤泥对重金属离子Cd2+的吸附动力学研究

尉乐乐，谢清若



高温改性糖滤泥对重金属离子Cd2+的吸附动力学研究

尉乐乐，谢清若

（广西科技大学 生物与化学工程学院，广西 柳州 545000）

为了实现对糖厂滤泥的资源化利用，同时解决含Cd2+废水难处理的问题，以糖厂滤泥为原料热解制备滤泥吸附材料，选择吸附性能较佳的试样，进行伪一级动力学方程、伪二级动力学方程拟合及动力学分析。结果表明，400 ℃和600 ℃制备的改性滤泥更有利于吸附Cd2+，伪二级动力学方程机理更适合解释吸附Cd2+的现象，吸附过程受内扩散传质控制。

糖厂滤泥；改性；重金属离子Cd2+；动力学

镉是重金属污染源中的一种，镉被植物生长吸收，富集进入食物链，危及人的健康。镉通过水和食物进入人体内的消化系统，还会引发贫血等。目前，镉污染的处理方法存在一定的缺陷，会造成环境二次污染。

生物质吸附剂有稳定性和广泛性，可用于处理重金属污染。糖滤泥是制糖澄清过程中产生的固体废弃物，每生产1 t糖要排出约1 t滤泥，其处理方法有焚烧、微生物分解、热分解、堆肥和卫生填埋。不同处理方法各有优缺点，相对而言，热分解制备吸附材料具有更多的优势，既利用了糖厂废弃物，又可以有效吸附镉离子，具有环境保护重大意义。

1 材料和仪器

1.1 材料

材料：糖厂糖滤泥、硝酸镉等分析纯试剂。

1.2 仪器

仪器：TDL-5-A高速离心机、DHG-9023A电热恒温鼓风干燥箱、ZNCL-TS250智能磁力搅拌器、AAS-90原子吸收分光光度计、KBF1100马弗炉。

2 实验方法

2.1 高温改性糖滤泥的制备

取一定量糖滤泥，粉碎，置于蒸馏水中煮沸90 min，用去离子水浸泡与洗涤，在105 ℃下烘干，过110目筛。高温煅烧8 h，得高温改性糖滤泥。在400 ℃、600 ℃的温度下热解糖滤泥，分别记为1＃、2＃试样。

2.2 吸附动力学实验

取1＃和2＃试样各0.01 g，分别加入到质量浓度为50 μg/mL的Cd2+溶液中，室温下吸附，在不同时刻取样，离心，测上清液中Cd2+的浓度。

2.3 计算及分析方法

吸附容量的计算式为：

式（1）中：t为时刻的吸附量；为反应时间，min；0为重金属离子的初始质量浓度，mg/L；t为时刻溶液中重金属离子的质量浓度，mg/L；为溶液的体积，mL；为糖滤泥的干重，g。

3 结果与讨论

3.1 伪一级动力学

400 ℃和600 ℃时改性糖滤泥吸附Cd2+伪一级、伪二级如图1所示。伪一级、二级动力学方程拟合参数如表1所示。由图1（a）和表1可知，伪一级动力学模型计算出的平衡吸附量与实际吸附量的相对误差较大，400 ℃的改性糖滤泥平衡吸附量值与实际吸附量值最接近，600 ℃的改性糖滤泥吸附的线性回归2值为0.921 79，较为符合伪一级动力学方程。总之，伪一级动力学不能较好地描述改性糖滤泥吸附Cd2+的动力学过程。

3.2 伪二级动力学

由图1（b）和表1可知，动力学方程计算值与实际值较为吻合，线性回归2值大于0.99，伪二级方程最适合描述改性糖滤泥吸附Cd2+的动力学过程。吸附初期，改性糖滤泥表面的吸附点位很多，Cd2+较容易与之联结在一起。随着时间的增加，改性糖滤泥的吸附点位被Cd2+占满，吸附Cd2+的速率变慢。由表1可知，随着改性糖滤泥热解温度的升高，p值增大，吸附速度依次变快。600 ℃改性糖滤泥生物炭的p值最大为0.012 96，吸附速度最快，原因是p值代表吸附过程快慢，p值大，吸附过程的速度越快，达到吸附平衡时所用时间越少。

图1 400 ℃和600 ℃时改性糖滤泥吸附Cd2+伪一级（a）、伪二级（b）

表1 伪一级、二级动力学方程拟合参数

项目Co/（mg/L）k1/min-1k2/min-1Qe/（mg/L）Qcal/（mg/L）R2方程 1＃试样伪一级动力学500.005 3—118.29120.783 50.842 9Y＝4.794 0－0.005 3x 1＃试样伪二级动力学50—0.007 4118.29136.986 30.996 4Y＝0.980 7＋0.007 3x 2＃试样伪一级动力学500.005 1—94.3852.352 50.921 8Y＝3.958 0－0.005 1x 2＃试样伪二级动力学50—0.013 094.38101.010 10.994 0Y＝0.583 3＋0.009 9x

4 结论

通过实验，得出以下结论：①以糖厂滤泥为原材料制备改性糖滤泥，适用于对Cd2+的吸附。实验测得改性糖滤泥对Cd2+吸附值为118.29 mg/g。②用伪一级动力学方程、伪二级动力学方程分别对400 ℃和600 ℃改性糖滤泥对Cd2+的吸附实验数据进行拟合，结果表明伪二级动力学方程机理更适合解释改性糖滤泥对Cd2+的吸附现象。

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2095－6835（2018）18－0004－02

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A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.18.004

尉乐乐（1992—），女，研究方向为生物质废弃物综合利用。

谢清若（1964—），男，从事生物质废弃物高值化利用研究。

〔编辑：刘晓芳〕