摘要：本文用淀粉和PVA改性的膨润土去除废水中的Cd2+取得了良好的效果，通过研究接触时间、振荡速度、膨润土的用量、pH 值等因素对膨润土吸附能力的影响，得出最佳实验条件。实验结果表明，改性膨润土对Cd2+具有良好的吸附性能。
关键词：改性膨润土,吸附,Cd2+
镉作为一种有益于人类的重金属广泛应用于电镀工业、化工业、电子业和核工业等领域。但随着采矿、冶炼精炼和电镀工业的不断发展，大量的含镉废水排入河流而造成环境的污染。由于镉在环境中不能降解，具有很高的生物累计系数，在人体中的半衰期长达10至30年，它不断释放并产生持续毒性作用和累积效应，造成人体肾、骨骼损害，对生殖、免疫系统有毒副作用，并导致癌症发生。1955年日本发生的痛痛病就是镉污染造成的。目前治理镉污染的方法有化学沉淀法和吸附法。化学沉淀法处理镉的效能与水的pH值密切相关，如何准确控制污染水体的pH值以及污染水体pH值大于9.5时可能导致滤过水中铝超标带来次生的饮水卫生问题还未得到解决。吸附法是废水处理方法中的一类重要方法，目前常用的吸附剂为活性炭[1]，因其吸附清除效果不高，且受到造价高，再生困难等限制，适用范围有限。
天然膨润土具有良好的吸附、离子交换等性能[2]，在工艺上具有投资小、方法简便易行的优点，且我国天然膨润土资源丰富、价格低廉，在废水处理中具有广泛的应用前景[3]。未经改性的膨润土比表面积和吸附能力较差，故一般用于废水处理的膨润土都要经过改性，增大其比表面积，提高吸附能力。本文将膨润土经去离子打浆，弃去石英杂质[4]，沉积干燥后与淀粉、PVA按照10：3：1的比例混合，先将淀粉-PVA混合液加热到80℃反应30min，然后直接将膨润土加入其中，常温下搅拌30min，所得产物离心、漂洗、干燥后研磨粉碎备用[5]。
1实验部分
1.1 试剂和仪器
膨润土(辽宁抚顺);淀粉 分析纯 (国药集团化学试剂有限公司);硫酸镉 分析纯(国药集团化学试剂有限公司);
原子吸收光谱仪zeenit700 (德国耶拿公司);酸度计 320型 (梅特勒-托利多仪器有限公司);X-射线衍射仪D/max-2200VPC (Rigaku);红外光谱仪 Magna560 (尼高力公司);水浴恒温振荡器 SHC-C型 (江苏江南仪器厂);真空干燥箱 DZF-6020型 (上海一恒科技有限公司);离心机 TG18-WS(长沙维尔康湘鹰离心机有限公司)
1.2实验方法
将改性膨润土加入到制备好的Cd2+ 溶液中, 振荡吸附后离心, 取上清液用原子吸收分光光度计测定上清液中Cd2+ 浓度。
实验用膨润土原土及改性土的物理化学性能见表1.
膨润土经过改性后各项性质参数都得到提升，实验采用改性膨润土。
2结果与讨论
2.1接触时间对改性膨润土吸附Cd2+的影响
实验条件：Cd2+浓度：1.0mg/L;溶液体积：100mL;改性膨润土质量：1.0g;振荡速度：140 rpm;温度：20℃
图1是在5-480min内改性膨润土对Cd2+的吸附百分率随接触时间的变化的曲线图。由图可知，Cd2+的吸附百分率随接触时间的增加而增加。吸附时间达到60 min时，吸附基本达到平衡，吸附百分率为95.95%。超过60min去除效果随时间增加提高不明显。所以确定60min为平衡吸附时间，并将其应用于后面的试验。
2.2振荡速度对改性膨润土吸附Cd2+的影响
实验条件：Cd2+浓度：1.0mg/L;溶液体积：100mL;改性膨润土质量：1.0g;振荡时间：60min;温度：20℃;振荡速度：0、80、140、200、250rpm
由图2可知：Cd2+吸附百分率随振荡速度的增加而增加。这是因为振荡速度增加，膨润土与Cd2+的接触机会也随之增加。振荡速度过高会增加运行成本，在保证去除率(>95%)的前提下，选择较低的转速比较合适。所以确定振荡速度140rpm为实验速度，并应用于以后的实验。
2.3改性膨润土的用量对吸附Cd2+的影响
实验条件：Cd2+浓度：1.0mg/L;溶液体积：100mL;振荡速度：140rpm;振荡时间：60min;温度：20℃;改性膨润土质量：0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0g
由图3可知：Cd2+的吸附百分率随改性膨润土质量的增加而增加。吸附达到平衡，改性膨润土用量大于1.0g的去除率均在95%以上。当用量达到4.0g以上时，吸附效果最好。在保证去除率的前提下，应选择最小的改性膨润土用量，以减少应用成本。
2.4离子初始浓度对膨润土吸附性能的影响
实验条件：改性膨润土质量：1.0g;溶液体积：100mL;振荡速度：140rpm;振荡时间：60min;温度：20℃;Cd2+浓度：0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mg/L
由图4可知：吸附百分率随浓度增加而降低，但变化并不明显。这是因为膨润土的吸附量是固定的，随着初始离子浓度的增高，被吸附后残留的离子浓度也随之增大。若要改变此状况，需要根据离子浓度增加吸附剂的用量或者增加处理次数。
2.5溶液初始pH值对改性膨润土吸附性能的影响
实验条件：Cd2+浓度：1.0mg/L;溶液体积：100mL;改性膨润土质量：1.0g;振荡速度：140rpm; 振荡时间：60min;温度：20℃; pH：2、4、6、8、10
由图5可知：吸附百分率随pH值升高而增大。在强酸性溶液中，吸附百分率仅为30.41%。当pH值升高到中性至碱性范围时去除率大大增加。由于铝氧八面体Al-O-H具有两性，在酸性条件下，Al-O-H的OH容易电离，使膨润土表面带正电荷，对吸附阳离子不利，即氢离子对Cd2+存在竞争吸附。当pH值升高时，溶液中OH-增加，降低竞争吸附，并以氢键形式吸附在膨润土表面，使其表面负电荷增加，从而增加了对阳离子的吸附容量。另外，在强碱性溶液中，Cd2+与OH-会发生沉淀反应，间接增加离子的去除率。因此中性或碱性条件有利于Cd2+的去除。
2.6温度对去除率的影响
实验条件：Cd2+浓度：1.0mg/L;溶液体积：100mL;改性膨润土质量：1.0g;振荡速度：140rpm;振荡时间：60min;温度：20℃、40℃、60℃
由图6可知：去除率随温度的改变并没有明显的变化，说明温度对去除率影响不大。因此，可以不对废水进行加热或者冷却处理，在室温下实验以减少运行成本。
经过试验得出最佳实验条件：Cd2+浓度：1.0mg/L;溶液体积：100mL;改性膨润土质量：1.0g;振荡速度：140rpm;振荡时间：60min;温度：室温。
取100mL的含 Cd2+废水，加入改性膨润土1.0g，以140 rpm的振荡速度振荡60min，在室温条件下分别处理了营口和盘锦某工厂的含镉废水，Cd2+去除率分别达到97.6%和96.9%，结果令人满意。
参考文献
[1]黄鑫,高乃云,张巧丽 改性活性炭对镉的吸附研究[J] 同济大学学报(自然科学版)2008年 第36卷第4期 508-513
[2]吴冬梅，郭春景 天然膨润土吸附Cd2+的动力学、等温线及热力学研究[J] 2007年9月第5期 8-11
[3]王红梅，郑振晖，李倩 膨润土及改性膨润土在废水处理中的应用综述[J] 山东化工 2005年第34卷20-22
[4]赵东源，陈尔庭，任继光，王起斌，徐萍，郝占利 天然蒙托土对印染废水吸附处理的研究[J] 环境污染与防治 1993年10月第15卷第5期 23-27
[5]罗太安，刘晓东 改性膨润土对Cd(II)的吸附性能研究[J] 环境工程 2005年2月 第23卷第1期 80-81
