随着工业、农业和交通运输业的快速发展,人类活动排放的重金属不断进入环境,加剧了对生态环境和人体健康的危害。重金属具有持久性、高富集性和强毒性,不能被微生物降解,可通过食物链进入人体,其中汞、镉是最为常见且危害较大的两种重金属元素。汞、镉资源的肆意开发与滥用不仅造成资源流失,也使得环境和生物体内汞、镉含量不断增加,进入人体后会损害神经系统、造血系统、消化系统和血液循环系统机能,严重者致人死亡。发生在日本的“水俣病”和“痛痛病”事件就是汞、镉污染的典型事件。目前,废水中Hg(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的去除方法主要有化学沉淀法、铁氧体法、离子交换法、溶剂萃取法、膜分离法和生物法等,这些方法存在操作繁琐、处理成本高、周期长或容易造成二次污染等问题,限制了它们的实际应用。吸附法具有操作简便、高效低廉、环境友好和吸附材料可重复利用等特点,是目前研究较多的治理技术。海泡石是一种纯天然、含水的富镁硅酸盐层状粘土矿物,具有巨大的比表面积和良好的离子交换能力,已用于水相中染料、抗生素、氮、磷、铜和铅等污染物的吸附去除研究。但是,天然海泡石表面呈弱酸性、通道小,实际比表面积难以达到理论值(800~900 m2/g),需要通过改性来提高其吸附性能。目前采用γ-巯丙基三甲氧基硅烷改性能够引入巯基官能团,对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)有较好的吸附效果,但是该方法使用的改性试剂昂贵、改性条件苛刻,因此探索简单低廉的改性方法显得尤其重要。本研究利用巯基乙酸改性海泡石,并对改性材料进行表征,研究了改性海泡石对Hg(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附特征,初步分析了吸附机制,取得如下主要研究结果:1.采用间接碘量法测得改性海泡石中巯基含量为0.084%,并用扫描电镜、X-射线衍射、比表面和傅里叶红外光谱等多种分析手段表征了改性前后的海泡石。研究发现,改性后海泡石表面变得相对光滑,杂质减少,间隙清洁、通畅,纤维束状更加明显,结构更加疏松,空隙增多;改性处理没有改变海泡石的基本结构,层间距由原来的1.203 nm增大至1.213 nm;改性后海泡石的比表面积从141.631m2/g减小至72.491 m2/g,在pH为2.94~9.64时改性前后海泡石表面均带负电性;改性海泡石在3400~3600 cm-1附近有一强吸收峰,属于羟基伸缩振动峰,说明在改性过程中还引入了羟基基团。表征结果说明通过改性提高了海泡石的吸附潜力。2.采用单因素实验研究了改性海泡石吸附Hg(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的影响因素,在此基础上设计正交实验,考察吸附条件对吸附量的影响。获得巯基改性海泡石去除废水中Hg(Ⅱ)的最佳条件,即吸附剂用量为15 g/L、Hg(Ⅱ)初始浓度为5 mg/L、pH值为6和温度为30°C,最佳条件下Hg(Ⅱ)的去除率为93.67%;获得改性海泡石去除废水中的Cd(Ⅱ)的最佳条件,即吸附剂用量为8 g/L、Cd(Ⅱ)初始浓度为5 mg/L、pH值为6和温度为25°C,最佳条件下Cd(Ⅱ)的去除率为96.44%。3.海泡石吸附Hg(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的动力学过程符合准二级动力学方程,改性后海泡石吸附Hg(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的平衡时间分别缩短至60和120 min,初始吸附速率常数分别为0.063和0.311 mg×g-1×min-1,表明巯基改性显著提高了海泡石对它们的吸附速率,明显缩短了吸附平衡时间;Langmuir等温吸附模型能够很好地描述改性海泡石吸附Hg(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附过程,获得的最大吸附量分别为3.256 mg/g和5.263mg/g,表明巯基改性显著提高了海泡石对两种重金属的吸附容量。4.两种材料吸附Hg(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的DG均小于0,表明吸附过程均为自发进行的热力学过程;KD均随温度的升高而增大,说明升温有利于吸附过程的进行;DH均为正值,说明两种材料吸附Hg(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)均为吸热过程,进一步说明升温有利于它们的吸附,且DH值均小于40 kJ/mol,表明物理吸附为主要的吸附形式。基于吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,初步判定海泡石对Hg(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附主要为单层吸附;根据改性过程引入了可与Hg(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)有强亲和力的巯基基团,由巯基与两种重金属之间的配位作用驱动的吸附过程属于化学吸附。因此,吸附过程为物理吸附和化学吸附共同作用的结果,但以物理吸附为主。5.HCl能够解吸吸附态Hg(Ⅱ)、Cd(Ⅱ),解吸率随HCl浓度的增大而增大。相对于吸附态Hg(Ⅱ),吸附态Cd(Ⅱ)较难洗脱,间接反映改性海泡石对Cd(Ⅱ)的吸附能力更强。解吸过程有利于吸附材料的再生和重金属的回收。