郭巧靜

(山西省化工研究所(有限公司) , 山西 晉中 030600)

隨著重工業(yè)的迅速發(fā)展，各類環(huán)境污染也接踵而來，尤其是重金屬污染，有毒且難以降解，同時能夠通過食物鏈在人體內堆積，嚴重威脅到人類的生存發(fā)展，對重金屬污染的治理是現(xiàn)在社會亟待解決的問題[1]。三聚硫氰酸三鈉鹽(TMT)是一種環(huán)境友好的重金屬離子吸附劑，無毒、無味，用量小，使用便捷高效，基本不產生二次污染，能夠與重金屬離子螯合生成難溶于水且化學穩(wěn)定的化合物[2-3]。在重金屬離子治理方面具有廣泛的應用。

本文采用實驗室自制的三聚硫氰酸三鈉鹽作為吸附劑，研究了三聚硫氰酸三鈉鹽對重金屬離子Cd2+、Hg2+的吸附性能，考察了吸附劑(TMT)的使用量、pH值、溫度、吸附時間等因素對吸附性能的影響。同時，還使用EDS能譜儀對吸附實驗中所產生的沉淀物進行了元素分析。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

試劑：三聚硫氰酸三鈉鹽，實驗室自制；氯化鎘，分析純，國藥集團化學試劑有限公司；氯化汞，分析純，國藥集團化學試劑有限公司；NaOH，分析純，天津市中泰化學試劑有限公司；鹽酸，36%，成都市科隆化學品有限公司。

儀器：集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，DF-101S，蘇州威爾實驗儀器有限公司；電動攪拌器，DZ，傳通微電器有限公司；低速離心機，SC-3610，安徽中科中佳科學儀器有限公司；電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，ICP3000，江蘇天瑞；X射線能譜儀，EDS，美國。

1.2 實驗方法

1.2.1對Cd2+、Hg2+的吸附試驗

分別以氯化汞和氯化鎘為原料，配制濃度均為100 mg/L的Cd2+水溶液和Hg2+水溶液的儲備液備用。稱取一定量的三聚硫氰酸三鈉鹽(TMT)于燒杯中，并在其中加入100 mL配備好的含鎘離子和汞離子的水溶液(以下實驗溶液取樣均為100 mL)，密封后置于帶有磁力攪拌的恒溫水浴鍋中進行攪拌吸附，吸附完成后對溶液進行離心分離，并取其上層清液，采用電感耦合等離子體法(ICP)，測定實驗所得上清液中Cd2+、Hg2+離子的含量，并按照公式(1)計算其去除率。

(1)

式中：R,重金屬離子的去除率；c0，重金屬離子的初始濃度；c1，吸附后重金屬離子的殘余濃度。

1.2.2對沉淀物的分析表征

對吸附過程中產生的沉淀物進行過濾、干燥處理，通過EDS能譜儀對其進行元素分析。

2 實驗內容

2.1 吸附劑的使用量對重金屬離子去除率的影響

以濃度均為100 mg/L的Cd2+、Hg2+的水溶液為對象，分別在多組燒杯中加入30、40、50、60、70 mg的吸附劑進行吸附反應。考察吸附劑的使用量對重金屬離子去除率的影響。結果如圖1所示。

圖1 吸附劑的使用量對重金屬離子去除率的影響

從圖1可知，隨著吸附劑使用量的增加，重金屬離子的去除率逐步增大，當吸附劑的使用量達到60 mg時，其去除效果達到最佳，之后逐步趨于平衡。這是因為吸附劑的使用量較小時，與Cd2+和Hg2+進行螯合的有效官能團的數(shù)量較小，不能夠充分吸附Cd2+和Hg2+，因此對重金屬離子的去除率較低；隨著吸附劑使用量的增多，可與重金屬離子發(fā)生螯合反應的吸附位點增多，重金屬離子的去除率逐漸增大。

2.2 溶液的pH值對重金屬離子去除率的影響

三聚硫氰酸三鈉鹽在水中有不同的存在形式，不同的pH值條件下，其存在形式不同，會影響吸附劑與重金屬的螯合反應[4]。因此以濃度均為100mg/L的Cd2+、Hg2+的水溶液為對象，采用0.1mol/L的鹽酸和氫氧化鈉溶液將體系的pH值調節(jié)為4～8，并在其中投入60 mg吸附劑進行吸附反應，探討了重金屬離子溶液的pH值對去除率的影響，結果如圖2所示。

圖2 重金屬離子溶液的pH值對重金屬離子去除率的影響

從圖2可以看出，隨著pH值的增大，重金屬離子的去除率先增大，后減小。在pH值為7時，Cd2+、Hg2+的去除率均達到最大，分別為84.41%和88.02%。當pH值較低時，兩種重金屬離子的去除率都比較低，這主要是因為pH值<5時，三聚硫氰酸三鈉鹽在水中主要以(H3C3N3S3)0的形式存在，該形式下較難溶于水，因此較難與重金屬離子發(fā)生螯合反應[4]。

2.3 吸附溫度對重金屬離子去除率的影響

一般情況下，重金屬離子的去除率隨著吸附溫度的升高而增大，這可能是因為重金屬離子的運動速度加快或者吸附劑表面活性位點增加造成的[5]。因此以濃度均為100 mg/L，pH值均為7的Cd2+、Hg2+的水溶液為對象，探討了不同吸附溫度下三聚硫氰酸三鈉鹽對Cd2+、Hg2+去除率的影響，同時探究該吸附過程的最佳溫度條件。結果如圖3所示。

由圖3可知，兩種重金屬離子的去除率均隨著溫度的升高呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。吸附溫度為20 ℃時，Hg2+的去除率達到最高，為97.44%。吸附溫度為30 ℃時，Cd2+的去除率達到最大，為98.88%。

圖3 吸附溫度對重金屬離子去除率的影響

2.4 吸附時間對重金屬離子去除率的影響

當未達到平衡狀態(tài)時，重金屬離子的吸附量隨著吸附時間的增加而增加。達到吸附平衡所需的時間越短，說明該吸附劑吸附性能越好。綜上所述，對于濃度為100 mg/L的Cd2+、Hg2+的水溶液，吸附劑的使用量為60 mg，溶液的pH值為7，吸附溫度為30 ℃時，重金屬離子的去除效果最佳。因此，考察了該條件下，吸附時間對其去除率的影響，結果見圖4。

圖4 吸附時間對重金屬離子去除率的影響

從圖4可知，重金屬離子的去除率隨著吸附時間的增加逐漸增大并趨于平衡。吸附時間達到5 h時，重金屬離子的去除率達到最大。這是因為吸附時間比較短時，不能夠充分吸附水中的Cd2+和Hg2+，因此去除率也比較低。隨著吸附時間的延長，吸附位點逐漸達到了飽和，所以即使繼續(xù)延長吸附時間，其去除率也不會繼續(xù)增加[6]。

3 沉淀產物的能譜儀分析

對實驗中收集到的沉淀產物進行了EDS分析，結果如圖5、圖6所示。由圖5、圖6可知：①當用三聚硫氰酸三鈉鹽(TMT)對含有重金屬離子Cd2+的溶液進行處理后，在過濾后所得的沉淀產物中可以測量到Cd元素的存在，證明TMT確實吸附了重金屬離子Cd2+。②當用三聚硫氰酸三鈉鹽(TMT)對含有重金屬離子Hg2+溶液進行處理后，在過濾后所得的沉淀產物中可測量到Hg元素的存在，證明Hg2+被成功吸附。

圖5 吸附Cd2+沉淀產物的EDS圖譜

圖6 吸附Hg2+沉淀產物的EDS圖譜

4 結論

本研究確定了三聚硫氰酸三鈉鹽對水體中的重金屬離子Cd2+、Hg2+的最優(yōu)吸附條件，當三聚硫氰酸三鈉鹽的使用量為60 mg，pH值為7，吸附時間為5 h時，吸附效果最佳；并且吸附溫度為30 ℃時，Cd2+的去除率達到最高，為98.88%；吸附溫度為20 ℃時，Hg2+的去除率達到最高，為97.44%。通過EDS能譜儀對吸附過程中產生的沉淀物進行元素分析，可以檢測到沉淀物中有Cd和Hg元素的存在，證明Cd2+和Hg2+被成功吸附。