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随着镉、铬及其化合物在工业中广泛生产和应用,大量含镉、铬废水进入水体产生的镉、铬重金属污染越来越严重,危害人类健康及生存环境和发展。麦饭石是一种对生物无毒、无害并具有一定生物活性的多孔药用岩石,用物理化学等手段改性处理后的麦饭石作为吸附剂,可有效提高其对水中的镉、铬等重金属污染离子去除能力,具有操作工艺及设备简单、成本低廉等优点。本文以山东蒙阴麦饭石为原料,以麦饭石用量和Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)初始浓度为变量进行其对水中的镉、铬等重金属污染离子吸附去除试验,确定麦饭石适宜用量和Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)较佳初始浓度;依次对麦饭石采用粒度改性、热处理改性、硫酸改性、二氧化锰改性四种不同物理化学方法进行了改性制备工艺优化研究;探究了麦饭石粒度大小,热处理改性温度、时间,硫酸浓度、硫酸用量、硫酸酸化改性时间,生成二氧化锰与麦饭石质量比、陈化时间、二氧化锰改性麦饭石、重金属离子溶液pH值等影响因素对水中Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)吸附性能的影响。对改性前后的麦饭石用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、NOVA 2000e全自动比表面积及孔隙度分析仪进行了表征,用电感耦合等离子发射光谱法(ICP-OES)检测了其对水中的Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)的吸附性能,对二氧化锰改性麦饭石吸附水中Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)的吸附等温曲线和动力学进行探讨,研究其吸附机理。这为进一步提高麦饭石矿物的附加值及其对水体中Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)等重金属离子的吸附净化作用提供了一种新思路和方法。本文得到的主要结论如下:(1)对天然麦饭石和改性麦饭石进行表征,发现改性前后麦饭石的矿物成分不变,主要由钠长石和石英组成;经二氧化锰改性改后的麦饭石表面覆盖一层黑色锰氧化物;改性后麦饭石的比表面积、孔体积和孔径均在一定程度上有所增大,更利于其对Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)的吸附。(2)结合麦饭石对Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)的吸附率和吸附量,静态接触吸附时间24h条件下,确定天然麦饭石的适宜用量为20g,Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)的较佳初始浓度皆为50mg/L,达到的吸附率分别为65.01%、42.76%。(3)粒度越小,麦饭石比表面积越大,其对Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)的吸附率也越大,综合考虑吸附率与抽滤洗涤的难度等因素,本文选用160-200目麦饭石进行吸附实验,其对Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)的吸附分别达到70.82%、55.74%。(4)热处理改性的较好的温度为400℃,处理时间为2h,热处理改性麦饭石对水中Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)的吸附率分别达到为93.31%、74.5%。(5)硫酸改性麦饭石中当硫酸浓度为1mol/L、硫酸用量为100mL、硫酸处理时间为60min时效果较好,其对Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)的吸附率分别达到94.12%、77.98%。(6)二氧化锰改性麦饭石中,生成的二氧化锰与麦饭石质量比为7:20,陈化时间24h,改性麦饭石用量为3g,Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)的pH值分别为6.02、6.07时,吸附效果较佳,其对Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)的吸附率分别达到98.62%、92.58%。(7)通过二氧化锰改性麦饭石除去水中Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)的相关数据进行吸附等温方程和动力学方程拟合,结果表明改性后麦饭石的吸附更适合用朗格缪尔(Langmuir)吸附等温模型来进行描述,这说明二氧化锰改性麦饭石的吸附过程属于单分子层吸附,由此计算出吉布斯自由能△G小于零,说明改性后麦饭石对Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)的吸附是自发进行的放热反应;二氧化锰改性麦饭石对Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)的吸附动力学过程符合准二级动力学方程,可预测时间对吸附过程的影响。