不同改性玉米芯对含镉污水的处理效果

摘要：分别采用ＫＯＨ、磷酸和柠檬酸对玉米芯进行改性处理，制得４种改性玉米芯ＭＣ－１～ＭＣ－４。通过单因素试验和正交试验探讨了玉米芯吸附Ｃｄ２＋的适宜改性方法和最佳条件。结果表明，用ＫＯＨ对玉米芯改性时，最佳活化温度为７５０℃；当溶液ｐＨ为６、玉米芯投加量为５．００ ｍｇ／ｍＬ、吸附剂种类为ＭＣ－２时改性玉米芯对Ｃｄ２＋的吸附效果最佳。进一步研究表明，在最佳条件下，将改性玉米芯ＭＣ－２应用于含镉生活污水处理时，污水中的其他组分对改性玉米芯吸附Ｃｄ２＋的效果有干扰。

关键词：改性玉米芯； 含镉污水； 吸附效果

中图分类号：Ｘ７０３．１文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０12）04－0702-03

近年来，利用廉价的农业废弃物处理低浓度重金属废水已引起人们的高度重视［１－３］。利用玉米芯处理重金属废水时需要对其改性，多数研究者关注的是其中某一种改性方法，而关于玉米芯多种改性方法的对比研究报道较少。通过在相同试验条件下，研究不同改性方法下的玉米芯对含镉污水的处理，比较其处理效果，确定玉米芯处理含镉污水时最适宜的改性方法和最佳处理条件。

１材料与方法

１．１材料

玉米芯。由黄石市某菜市场购得玉米芯后，冲洗除去表面杂质，室温干燥，破碎过筛后储存备用。含镉生活污水中的Ｃｄ２＋由分析纯ＣｄＣｌ２・２．５Ｈ２Ｏ配制而成，生活污水其他组分由分析纯葡萄糖、可溶性淀粉、尿素、氯化铵、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、氯化钠、硫酸镁和三氯化铁等模拟配制而成。

１．２玉米芯的改性方法

１）ＭＣ－１（ＫＯＨ处理）。将预处理后的３～４ ｍｍ玉米芯置于坩埚中，在炭化温度为４５０ ℃下干馏３０ ｍｉｎ；按ＫＯＨ与炭化后的原料质量比为３∶１的比例，将称好的原料浸渍于ＫＯＨ饱和溶液内０．５ ｈ，烘干，在一定温度下活化１．０ ｈ，活化加热速率为３０ ℃／ｍｉｎ，冷却；用去离子水洗至中性，在１２０℃下烘干制得改性玉米芯ＭＣ－１。

２）ＭＣ－２（ＫＯＨ处理）。干馏１．０ ｈ，活化１．２ ｈ，其他处理同ＭＣ－１。

３）ＭＣ－３（磷酸处理）。称取５０ ｇ ３～４ ｍｍ并经水洗的玉米芯，置于５００ ｍＬ的大烧杯中，加入１００ ｍＬ １ ｍｏｌ／Ｌ磷酸溶液，搅拌１．０ ｈ，离心去除液体部分，在５０ ℃下烘干，然后升温至１８０ ℃加热２．０ ｈ，用７５ ℃去离子水清洗去除游离磷酸，然后在５０ ℃下烘干制得改性玉米芯ＭＣ－３。

４）ＭＣ－４（柠檬酸处理）。分别称取５０ ｇ ３～４ ｍｍ并经水洗的玉米芯，置于５００ ｍＬ的大烧杯中，加入１００ ｍＬ ０．６ ｍｏｌ／Ｌ柠檬酸溶液，搅拌１．０ ｈ，离心去除液体部分，在５０ ℃下烘干，然后升温至１３０ ℃加热２．０ ｈ，用７５ ℃去离子水清洗去除游离的柠檬酸，然后在５０ ℃下烘干制得改性玉米芯ＭＣ－４。

１．３测试方法

Ｃｄ２＋采用原子吸收分光光度法测定；ＮＨ３－Ｎ采用纳氏试剂分光光度法测定；ＣＯＤ采用标准Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７法测定；ｐＨ采用玻璃电极法测定。

２结果与分析

２．１活化温度对改性玉米芯吸附性能的影响

利用ＫＯＨ对玉米芯改性时，文献中报道的活化温度范围大多在６００～８５０ ℃之间［4-6］，因此，研究中活化温度分别设定为６５０、７５０和８５０ ℃，吸附时间固定为２．０ ｈ，以改性玉米芯得率和Ｃｄ２＋吸附率（表１）作为响应指标。从得率来看，活化温度越高，得率越低；从吸附效果来看，吸附率由大到小所对应的活化温度分别为７５０、８５０和６５０ ℃；综合来看，活化温度为６５０ ℃时，虽然玉米芯得率比较高，但是吸附率较低，而活化温度为８５０ ℃时，虽然吸附率比较高，但是玉米芯得率较低。因此，综合玉米芯改性后的得率和对Ｃｄ２＋的吸附率两个因素，确定７５０ ℃为最优活化温度。

２．２改性玉米芯对Ｃｄ２＋的吸附

玉米芯吸附Ｃｄ２＋的试验中，吸附时间固定为２．０ ｈ，Ｃｄ２＋初始浓度固定为５．０００ ０ ｍｇ／Ｌ，其他试验因素和水平设置见表２。采用正交表Ｌ１６（４５）进行试验设计（取前３个因素），共１６个处理，试验结果见表３。由表３可知，在影响玉米芯吸附Ｃｄ２＋的因素中，吸附剂种类效应最大，其次是ｐＨ，玉米芯投加量影响最小。最佳组合为Ａ１Ｂ４Ｃ２，即ｐＨ为６，玉米芯投加量为５．００ ｍｇ／ｍＬ，以４５０ ℃干馏１．０ ｈ，在ＫＯＨ饱和溶液内浸泡后以７５０ ℃活化１．２ ｈ制得的改性玉米芯ＭＣ－２对Ｃｄ２＋的吸附效果最佳。将此最佳组合作为一个处理进行试验，Ｃｄ２＋吸附率高达９８．６４％，出水浓度为０．０６７ ９ ｍｇ／Ｌ，达到《污水综合排放标准》（ＧＢ８９７８―１９９６）的要求。

２．３改性玉米芯对含镉生活污水的处理

根据正交试验结果所确定的最佳吸附条件，将５．００ ｍｇ／ｍＬ的吸附剂ＭＣ－２投加到含Ｃｄ２＋的模拟生活污水中，调节ｐＨ为６，反应２．０ ｈ，所得试验结果见表４。从表４可以看出，改性玉米芯对生活污水中ＣＯＤCr和ＮＨ３－Ｎ吸附率均低于１２％，且Ｃｄ２＋吸附率（６８．２０％）相对于吸附试验中的吸附率（９８．６４％）也有较大幅度降低，这主要是由于改性玉米芯的部分吸附位点被生活污水中的有机物和其他无机物所占据，因此生活污水中的其他组分对改性玉米芯吸附Ｃｄ２＋的效果有干扰。

３小结

试验结果表明，用ＫＯＨ改性玉米芯时，最佳活化温度为７５０ ℃；ｐＨ为６、玉米芯投加量为５．００ ｍｇ／ｍＬ、吸附剂种类为ＭＣ－２时改性玉米芯对Ｃｄ２＋的吸附效果最佳；生活污水中的其他组分对改性玉米芯吸附Ｃｄ２＋的效果有干扰。

参考文献：

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