突发应急中粉末活性炭、沸石粉和抛光树脂对金属镉铅吸附试验研究

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重金属是突发污染事件中常见的一类污染物,近年来,我国突发重金属污染事件的发生频率也在持续增加。本文基于生态环境部华南环境科学研究所开展的一项科研项目,旨在确保饮用水源的安全,进行了三类应急中常见的吸附材料粉末活性炭、沸石粉和抛光树脂对两种重金属Cd2+和Pb2+的吸附。主要研究结论如下:(1)在pH值为8,镉离子初始浓度为2.0mg/L时,吸附温度为25°C等条件下,粉末活性炭、沸石粉和抛光树脂对镉离子的吸附量分别为0.937mg/g、1.147mg/g、1.632mg/g,三者对镉的吸附效果分别是:抛光树脂>沸石粉>粉末活性炭;在pH值为8,铅离子初始浓度为5.0mg/L时,吸附温度为25°C等条件下,粉末活性炭、沸石粉和抛光树脂对铅离子的吸附量分别为2.376mg/g、2.959mg/g、2.806mg/g,三者对铅的吸附效果分别是:沸石粉>抛光树脂>粉末活性炭。(2)粉末活性炭、沸石粉和抛光树脂在对镉的吸附动力学研究结果显示:三类应急材料的吸附过程更符合准二级动力学模型,表明对镉的吸附作用主要受化学吸附控制,根据Langmuir吸附等温线模型可知,三类应急材料吸附Cd2+的过程更符合为单分子层吸附;粉末活性炭、沸石粉和抛光树脂在对铅的吸附动力学研究结果显示:三类应急材料的吸附过程更符合准二级动力学模型,也表明对铅的吸附作用主要受化学吸附控制,在吸附等温模型中,粉末活性炭和抛光树脂对Freundlich吸附模型的拟合程度最高,而沸石粉的等温吸附线更加符合Temkin吸附模型;三种应急吸附材料中的热力学参数表明,在吸附镉铅的过程是吸热反应。(3)采用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)和红外光谱(FTIR)对粉末活性炭、沸石粉和抛光树脂在吸附镉铅前后进行表征。对比吸附前后扫描电镜,可明显可以看到表面和内部结构发生了变化,能谱分析证明三种应急吸附材料能够有效吸附溶液中的镉和铅。通过FTIR分析可知粉末活性炭吸附过程主要是醛羰基和羟基起作用,沸石粉的吸附过程主要是羟基和硅酸盐起作用,抛光树脂的吸附过程主要是羟基或酰基起作用。(4)在粉末活性炭、沸石粉和抛光树脂对重金属镉铅的竞争吸附试验中,通过对比发现,向单一的镉溶液中加入铅离子,对粉末活性炭、沸石粉和抛光树脂吸附镉的效果远大于向单一的铅溶液中加入镉离子。
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