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保水剂对重金属镉离子吸附特征及其互作效应研究

凹凸棒聚丙烯酸钠保水剂(OSAP）、聚丙烯酰胺保水剂(JSAP）、镉离子、吸附动力学

为分析评价凹凸棒聚丙烯酸钠（OSAP）与聚丙烯酰胺（JSAP）两种保水剂对重金属离子镉的吸附特征及镉离子对保水剂吸水特性影响。采用室内模拟试验和批处理实验方法，分析两种保水剂镉离子的吸附表征、对镉离子吸附的动力学和热力学、对镉离子吸附影响因素及其对保水剂吸水特性影响。结果表明，保水剂用量、镉离子浓度、pH值、吸附时间、温度等因素都影响保水剂对镉离子吸附量，其中pH是影响主要因素，随pH浓度增加，两种保水剂对镉离子吸附量成增加趋势。25 ℃条件下在Cd²⁺浓度为250 mg/L和pH=6 时，OSAP和JSAP用量0.6-0.8 %用量下吸附镉离子达207.13 mg/L和241.23 mg/L；吸附时间10 min基本达最大吸附量；镉离子浓度增加和温度提升，都增加两种保水剂对镉离子的吸附量。保水剂对溶液镉离子吸附过程符合Langmuir模型、准二级动力学模型，即保水剂对溶液Cd²⁺的吸附以物理吸附和化学为主。热力学分析表明，两种复合环境材料对溶液镉离子吸附是自发(ΔG₀<0)且吸热(ΔH₀>0)过程。此外，OSAP与JSAP在去离子水中吸水倍数分别为 474.8和152.6；随溶液Cd²⁺浓度的增加，两种保水剂吸水倍率呈下降趋势；当Cd²⁺溶液浓度100 mg/L时，OSAP和JSAP保水剂吸水倍率分别为165.7和68.1；镉离子浓度明显影响保水剂的吸水性。5次反复吸水后，纯水中OSAP和JSAP能分别保持去离子水中87%和61.5%吸水量。总体而言，OSAP较JSAP具有更高镉离子吸附量，更高吸水性和反复吸水性，更适宜干旱半干旱地区农业和环境的土壤保水和吸附镉离子性能。