郑植 张子航 刘雄 隋吉尧 李岱霖

1. 研究背景

工、农行业迅猛发展造成的重金属水体污染问题日益得到广泛关注。硅藻土作为一种储备丰富的矿产资源，因开采成本低廉、处理工艺便捷，常用于重金属污染水体处理。该项技术主要利用土壤颗粒物产生的吸附作用达到重金属去除目的。当水体中含有多种重金属离子时，硅藻土对污染物可能产生选择性竞争吸附。根据吸附方式不同，吸附过程可归纳为三种类型：表面吸附（物理吸附）、离子交换吸附（物理-化学吸附）、专属吸附（配位吸附）。目前利用硅藻土处置污水主要以提高单位吸附量和吸附效率为目的。夏士朋等提出利用含碳酸钙的硅藻土处理废水中Cu2+、Cr3+、Pb2+、Zn2+ 四种重金属离子的新方法，结果表明，碳酸钙含量约为35%的硅藻土是处理含重金属废水的一种很好的吸附剂[1]。罗道成等对改性硅藻土对废水中Pb2+、Cu2+、Zn2+吸附性能进行研究，指出改性硅藻土对实际电镀废水的吸附净化效果较好[2]。郭晓芳等通过锰基改性硅藻土，在静态条件下，研究了锰基改性硅藻土吸附重金属离子Pb2+、Zn2+的性能及适宜条件[3]。叶力佳等对硅藻土吸附重金属离子Cu2+进行了研究，结果表明：硅藻土独特的结构使其对水溶液中的Cu2+具有很好的吸附去除效果[4]。丁社光研究了硅藻土在不同pH值、温度、吸附时间、铅离子初始浓度、投加量等条件下对吸附铅离子的影响[5]。国外的YAl-degs等用非改性硅藻土和MnO2改性土对Pb2+的吸附研究表明：硅藻土和MnO2改性土对去除铅离子是有效的[6]。

由此可见，已有研究多围绕吸附影响因素、优化吸附条件展开。针对不同重金属离子，考察不同吸附类型下的竞争吸附机制，暂未见相关报道。本项目选取常见的污染水体重金属离子Cd2+、Cu2+、Zn2+为研究对象，探讨表面吸附和离子交换吸附条件下的竞争吸附机制。本研究有助于深入了解吸附过程与机制，能够为污染水体重金属的选择性治理和循环利用提供理论参考和线索。

2. 研究内容与方法

2.1 研究内容

本项目选取常见的污水重金属离子Cd2+、Cu2+、Zn2+为研究对象，分别探讨表面吸附和离子交换吸附条件下，三种离子在不同硅藻土投加量、吸附时间下的竞争吸附机制。

本实验选取的主要仪器和药品如表1所示：

2.2 研究方法

（1）表面吸附

分取两种原土过筛，投至Cd2+、Cu2+、Zn2+混合溶液中（各离子溶度均0.2 mmol/L），放置振荡吸附，对吸附液进行二次抽滤。利用ICP在默认实验参数下测定抽滤液中各重金属离子浓度。分别考察硅藻土振荡吸附时间（5、10、15、20、25 min）和投加量（0.5、1、1.5、2、2.5 g）两个单因素对去除率的影响。

（2）离子交换吸附

分别配制0.5 mol/L的镁离子和钡离子溶液。将原土分别浸泡于两种离子溶液36小时，达到饱和吸附，离心、烘干。重复（1）中实验内容，考察离子交换条件下的竞争吸附机制。

3. 结果与讨论

（1）表面吸附

硅藻土振荡吸附时间、投加量的单因素实验结果如图1所示。综合考虑去除率和时间原料成本，原土吸附的适宜时间选取20min，投加量为每50mL模拟废水投加2g。

（2）离子交换吸附

将原土分别浸泡于镁离子和钡离子至吸附饱和，再与重金属离子进行交换吸附，结果如图2所示。镁离子与钡离子饱和土对三种重金属的竞争吸附顺序相同，去除率相近，并未表现出显著差异;但与原土相比，Cd2+与Zn2+优先吸附顺序发生了改变。

4. 结论

硅藻土原土对Cd2+、Cu2+、Zn2+三种重金属离子吸附的适宜时间为20min，投加量为每50mL模拟废水投加2g，竞争吸附顺序Cu2+ > Cd2+ > Zn2+。镁离子与钡离子饱和硅藻土与原土相比，Cd2+与Zn2+优先吸附顺序发生了改变，即离子交换吸附可能改变竞争吸附机制。

参考文献：

[1]夏士朋， 石诚. 改性硅藻土处理废水中重金属离子[J]. 河南化工， 2002（5）， 24-25.

[2]罗道成， 刘俊峰. 改性硅藻土对废水中Pb2+， Cu2+， Zn2+吸附性能的研究[J]. 中国矿业， 2005， 14（7）， 69-71.

[3]郭晓芳， 刘云国， 樊霆等. 改性新型Mn-硅藻土吸附电镀废水中铅锌的研究[J]. 非金属矿， 2006 （11）， 42-45.

[4]叶力佳，杜玉成. 硅藻土对重金属离子Cu2+的吸附性能研究[J]. 矿冶， 2005， 14（3）， 69-71.

[5]丁社光. 硅藻土对铅离子的静态吸附实验研究[J]. 重庆工商大学学报，2007，24 （1）， 51-55.

[6]YAI-degs， M.A.M.Khraishen， M.F.Tutunji. Sorption of lead ions on diatomite and manganese oxides modified diatomite[J]. Wat.Res.， 2000， 35（15）， 3724 -3728.

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