煅烧贻贝壳对重金属废水中Cd2+的生物质吸附研究

高万涛 苏晓燕 白金诺

（大连民族大学环境与资源学院 辽宁·大连 116600）

0 引言

水中重金属包括镉、铅、汞等，其中镉对水生生物毒性大，应该对其含量水平进行控制。传统的重金属污染废水处理方法有上浮法、沉淀法、离子交换法、电解法和活性炭吸附法等。在这些技术中，活性炭吸附法因为操作简单和效率高，受到了人们的青睐从而大量采用。但是，活性炭使用成本较高，近年来，国内外开始寻找新的高效、低成本吸附材料，如生物质吸附剂。

中国是世界范围内生产和使用贝类的产量最多的国家。平均每年超过1000万吨，如果不使用这些贝壳，它们也会堆弃在海滩并造成环境污染。贝壳的主要成分是碳酸钙，煅烧后贝壳粉结构多孔，比表面积大，可将重金属离子吸附在其表面，同时成分变为氧化钙，溶于水后与多数金属离子结合沉淀析出。贝壳粉吸附剂具有吸附效率高而且成本低等优点，越来越受到国内外学者的关注。然而，尚未见利用煅烧贻贝壳粉对重金属进行去除研究，本文将利用煅烧贻贝壳粉对水中Cd2+离子进行去除实验研究，为贝壳粉去除重金属提供更多的基础参考资料。

1 实验方法

贻贝购买于大连民族大学东门附近的农贸市场。去除壳上残余物及肉体后，放入粉碎机内打碎，后将得到的粉末经马弗炉900℃ 恒温煅烧2小时。取出静置降温50目筛网过滤留用。利用AA-7000原子吸收分光光度计测量实验前后Cd2+浓度。购置Cd2+标准物质配置标准曲线。所有实验溶液在台式恒温摇床BSD-TX270内的时间均为20分钟，温度为25℃，转速为125r/min。实验时先把镉原液用去离子水稀释到目标浓度，再把100 ml溶液移至到250 ml锥形瓶中，分别称取并加入适量贝壳粉，放入摇床内用原子吸收分光光度计来测定溶液内Cd2+浓度，通过下列公式计算贝壳粉对重金属Cd2+的吸附效率。

其中，C0表示重金属镉离子的初始浓度，单位：mg/L；C表示吸附后重金属镉离子的残留浓度，单位：mg/L。

2 结果与讨论

2.1 镉的标准曲线的配制

先取1 ml的镉原液(100 g/L)于100 ml的容量瓶中，去离子水定容。再移取1ml上述溶液到100ml容量瓶，用去离子水定容。最后分别取 1、2、3、4、5 ml上述溶液至 100 ml容量瓶中，去离子水定容到刻度线，摇匀。此时溶液Cd2+浓度已达到原子吸收分光光度计可测范围，用火焰吸收法测定Cd2+浓度。图1为镉的标准曲线，方程为A=-0.044099C2+0.34748C，A为吸光度，C是稀释后的溶液内Cd2+的浓度（mg/L），相关系数R2＝0.9995，回归效果好，可以开展后续实验。

图1：镉溶液标准曲线

2.2 镉溶液初始浓度对贝壳粉吸附效果影响

由镉原液稀释分别设置不同初始浓度：200mg/L，500mg/L，1000 mg/L，1500 mg/L，2000 mg/L，3000 mg/L，研究初始浓度对吸附效果的影响。随初始浓度增加，Cd2+去除效率逐渐下降。分析原因认为，随浓度增加后，已有贝壳粉无法提供足够多的吸附位点对其进行吸附，导致更多的Cd2+只能保留在溶液中。

图2：镉溶液初始浓度对贝壳粉吸附效果影响

2.3 镉溶液pH对贝壳粉吸附效果影响

保持溶液的初始浓度为500 mg/L，置于台式恒温摇床内20分钟，贝壳粉投加量为20 mg，考察溶液pH对贝壳粉吸附效果影响。从图3中可以看出，Cd2+的吸附率随着溶液pH的增加而逐步增加，当pH超过7后吸附速率逐渐下降。贝壳粉去除重金属离子应该是吸附和沉淀的结合，只有两者结合才能除去重金属离子。不同pH条件下，贝壳粉对镉的吸附能力不同，在pH为8到9的范围内，贻贝壳粉内在pH值为9的时候吸附量达到最高。由此可见，pH是影响镉吸附效率的重要因素，原因可能是pH会影响镉和吸附剂表面的化学键强度和吸附剂的表面电荷特性。

图3：镉溶液pH对贝壳粉去除效果的影响

2.4 贝壳粉剂量对贝壳粉吸附效果影响

控制溶液的初始浓度为500 mg/L，置于台式恒温摇床内20分钟，调节溶液pH值为7，考察贝壳粉剂量对贝壳粉吸附效果影响。从图4可以看出，随着贝壳粉剂量的增加，贝壳粉吸附率呈上升趋势。其原因可能是随贝壳粉用量的增大，贝壳粉所能提供的吸附点位会增加，同时内和反应消耗了溶液内的氢离子，使pH值增大，来达到去除Cd2+的效果。

图4：贝壳粉量对贝壳粉吸附效果影响

3 结论

本实验研究了以煅烧贻贝壳粉作为生物质生物吸附剂对金属离子废水内的Cd2+离子的去除效果。结果表明，溶液pH显著影响煅烧贻贝壳粉对镉离子的吸附效果吸附，反应体系处于碱性条件更有利于吸附的进行，去除效率更高。在贻贝壳粉投加量一定的情况下，随着溶液初始浓度的增加，镉离子的去除效率不断降低，表明溶液初始浓度对贻贝壳粉吸附有着不可忽视的影响。