Page 151 - 201812

2+
第 12 期 赵航航，等: 低温碱熔-晶化 SiO 2 /Al 2 O 3 复合物合成沸石及其对 Cd 的吸附 ·2119·

2+
90% at pH=4~9. At 35¥, the adsorption kinetics of ZE for Cd followed the pseudo-two-order kinetic
2+
equation model with rate constant of 0.0586 g/(mgmin).The Cd adsorption isotherm is accorded with
Langmiur model, 1/n was 0.4324. The thermodynamic experiments revealed that the Gibbs free energy
change G was between 20 and 0 kJ/mol,indicating that the adsorption was a spontaneous and
endothermicprocess. From the D-R isotherm model, the adsorption energy was more than 16 kJ/mol, which
2+
demonstrated that the adsorption of Cd was a combination of physical adsorption and chemical adsorption.
2+
Key words: flyash; zeolite; Cd ; adsorption characteristics; water treatment technology and environmental
protection
Foundation item: Key Laboratory of Original Agro-Environmental Pollution Prevention and Control,
Ministry of Agriculture/Tianjin Key Laboratory of Agro-environment and Safe-product Open Fund Project
(17nybcdgj)

镉是一种极具毒性的重金属，污染范围广、持 为今后粉煤灰的安全利用提供了新思路。
续时间长、难降解，能够在人体内蓄积引起中毒，
严重危害人类健康 [1-2] 。目前，重金属废水处理方法 1 实验部分
[3]
有化学沉淀法、物理处理法、生物处理法等 。吸附
1.1 材料、试剂及仪器
法因具有操作简单、高效和低成本等优点，是处理重 粉煤灰取 自大同二 电厂。四 水合硝酸镉
[4]
金属废水的有效手段 。粉煤灰作为燃煤电厂、锅炉
〔Cd(NO 3 ) 2 4H 2 O〕、NaOH, AR, 天津市大茂化学试
排放的主要工业固体废物，其中 SiO 2 和 Al 2 O 3 含量
剂厂。
较高，因其独特的物化性质且价格低廉，经简单处
S-4800 型场发射扫描电子显微镜、Z-2000 型火
理可用于重金属吸附，因而受到广泛关注。利用 焰原子吸收分光光度计（日本 Hitachi 公司)；D8
[7]
[6]
[5]
酸 、碱 、表面活性剂 等对粉煤灰进行改性处理， ADVANCE A25 型 X 射线衍射仪、Vetex70 型傅里叶
[8]
可进一步提高其吸附性能。Shigemoto 等最早提出 变换红外光谱仪（德国 Bruker 公司)；1800 型 X 射
了利用固体强碱与粉煤灰反应合成沸石的方法，在 线荧 光光谱仪（ 日本 Shimadzu 公司 )； Thermo
此基础上一些学者对传统方法进行改进并用其处理 ESCALAB 250XI 型 X 射线光电子能谱仪（美国
[9]
重金属废水。王光辉 等研究发现，粉煤灰两步合 Thermo Fisher Scientific 公司)；V-sorb X2800p 全自
2+
2+
2+
成法合成的 NaA 型沸石对 Zn 、Cu 和 Cd 有良好 动比表面积测定仪（北京金埃谱科技有限公司)；Five
的吸附性能，饱和吸附量分别为 174、126 和 177.4 mg/g。 Easy Plus pH 计（上海梅特勒-托利多公司）。
赵丽媛 [10] 等采用盐熔融-水浴结晶法合成沸石，当 1.2 方法
2+
pH=7.7、Cd 初始质量浓度为 300 mg/L、吸附 120 min 1.2.1 材料制备
2+
时，沸石对 Cd 平衡吸附量为 29.93 mg/g。杨文焕 [11] 取适量 FA 过 100 目标准检验筛，在电热恒温
等采用碱熔融-微波晶化法合成沸石，比表面积增至 箱内 65 ¥下干燥 6 h，将预处理后的 FA 与 NaOH
2+
2
108.49 m /g，沸石吸附 Cd 平衡吸附量为 9.68 mg/g。 按 m（FA） : m（NaOH）=5 : 6 在玛瑙研钵内混合
李显波 [12] 等利用微波消解和碱熔-水热法合成沸石， 均匀，放入 50 mL 镍坩埚中，在马弗炉中以 150 ¥
2+
当 pH=6、沸石投加量为 0.5 g/L、Cd 初始质量浓度 焙烧 2 h，然后放置通风橱冷却 1 h，用玛瑙研钵将
2+
20 mg/L、吸附 60 min 时，沸石吸附 Cd 平衡吸附 合成材料粉碎成粉末，按照质量比 m（FA+NaOH） :
量达到 86.96 mg/g。Sočo Eleonora [13] 等通过酸-碱改 m（去离子水）=1 : 6 磁力搅拌 30min，装入 200 mL
性发现，NaOH 能促进粉煤灰合成大比表面积沸石， 聚四氟乙烯管，在电热恒温烘箱中 200 ¥下反应
2+
沸石吸附 Cd 的平衡吸附量可达 21 mg/g。目前， 24 h，冷却，多次洗涤至中性，在 105 ¥下干燥 2 h，
工业上粉煤灰合成沸石的方法多采用高温碱熔法和 即为白色颗粒状 ZE，保存待用。
高温水热合成法 [14-15] ，但该方法能耗高，成本高， 1.2.2 静态吸附
所以难以大范围应用。 分别称取 0.05、0.10、0.15、0.20、0.25 和 0.30 g
本文对传统高温合成法进行改进，以 SiO 2 、 的 ZE 置于 250 mL 具塞碘量瓶中，用 1 mol/L HCl
Al 2 O 3 含量较高的粉煤灰（FA）为原料，NaOH 为改 和 1 mol/L NaOH 调节 pH 至 3~12，再加入 50 mL
性剂，进行低温碱熔合成沸石（ZE）。通过 SEM-EDS、 质量浓度为 10、50、100、150、200、250 mg/L Cd 2+
XRD、XRF、XPS、FTIR 和 BET 对 ZE 进行了物相 溶液，在 25、35、45 ¥下分别振荡 1、5、10、20、
2+
表征，考察了 ZE 对 Cd 的吸附特性及吸附机理。 30、60、90 和 120 min，静置，过滤，测定溶液 pH，