吸附法去除土壤中镉元素的研究

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我国的土壤重金属污染十分严重,其中镉污染现状不容乐观,目前常用土壤重金属污染修复的方法均存在一定的局限性。吸附法是一种常见且有效地处理重金属镉的方式,关于镉吸附材料的研究很多,但大多都是粉末态,在实际应用中难以回收。因此需要制备一种吸附性能好,机械强度高的土壤吸附剂。本文以天然沸石粉为原料制备了凝固型吸附剂和烧制型吸附剂两类吸附材料并对其进行表面改性。根据不同吸附剂在溶液中对镉的去除效果及机械强度,选择沸石砼和沸石炭作为研究对象。为了探究吸附剂的去除机理,同时考虑到土壤实验的不可控性,静态吸附实验在溶液中进行。本实验研究了不同时间、pH、温度、初始镉溶液浓度和不同金属离子等对去除效果的影响。最后将制备的材料应用在土壤中探究其对镉的去除效果。现有材料无法同时保证去除效率和机械强度,制备的凝固型材料和烧制型材料在溶液中总去除效果较好,无氧条件下烧制的吸附剂的去除效果均在80%以上,而氨基官能化后去除效果并未有很大增强。在溶液中吸附剂既可以释放碱度形成沉淀,又可以通过自身吸附作用达到去除效果,因此将这两部分去除率分别称为沉淀去除率和吸附去除率,两者之和为总去除率。静态吸附实验表明:(1)沸石砼在9 d左右达到稳定,随着pH的增大,总去除率基本不变,而吸附去除率减少。吸附过程更符合准二级动力学方程。初始浓度和温度共同影响整个去除过程。常见金属阳离子对吸附剂的去除效果的影响也不同,高浓度的其他重金属离子会使镉的总去除率降低至18%。吸附剂经过3次循环使用后去除效果仍较高。通过表征分析沸石砼去除重金属镉的机理可能是离子交换作用,且交换过程主要发生在介孔中。(2)沸石炭对Cd2+的去除最佳pH值为5.56.8,在10 d左右达到稳定,吸附过程满足准二级动力学方程。随着初始浓度的增加,沸石炭对镉的总去除率先增加后减少,沉淀去除率的变化较小。当初始浓度较小时,总的去除率和吸附去除率随着温度升高略有增大;当初始浓度较大时,在30°C时去除率最大。此外溶液中Ca2+和Mg2+会影响去除效果,高浓度的其他重金属离子会大大降低沸石炭去除能力。经过3次循环使用后对镉的去除率仍在80%以上。通过表征分析沸石炭去除重金属镉主要是通过表面微孔的吸附作用。在湿润的环境中,吸附剂H2-Z86C4A10、H1-Z76C4A20和A-H1-Z76C4A20能够有效降低土壤中的镉浓度;淹水条件能够促进吸附剂对镉的去除,且沸石炭H6-Z40C40A20、H6-Z40C’40A20和H6-Z40C’’40A20和沸石砼C1-Z20C80/CN0.5的吸附效果最好。
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