改性膨潤土對水中氟離子吸附性能研究

代純年，曲 剛，黃玉亮，王雪嬌

1.吉林省第一地質調查所，吉林 長春130033;2.長春迪瑞醫療科技股份有限公司，吉林 長春 130000

膨潤土的主要成分是蒙脫石,質量分數一般在65%左右[1]。蒙脫石具有良好的吸附性，離子交換性和體積膨脹性[2]，根據蒙脫石的以上特性，膨潤土可以起到吸附水中污染物及凈化污水的作用，因此在環保方面應用廣泛。由于天然膨潤土的吸附性能有限，本文主要針對膨潤土進行高溫煅燒改性，并根據對吸附影響較大的幾個因素的研究結論來得到最佳的吸附條件。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗中采用膨潤土來自吉林省公主嶺市。

1.2 儀器和試劑

儀器：PHS-25PH計；馬弗爐。

試劑：

含氟廢水：試驗所用的氟廢水是用氟化鈉水溶液模擬的，配制質量濃度為400mg/L，存于塑料瓶中。

TISAB：將58 g的NaCl和10 g檸檬酸鈉放入1 000mL的燒杯中，向燒杯中加入800mL的蒸餾水溶解，再加入冰醋酸57mL,用40%的NaCl溶液調解pH值到5.0，然后轉至1 000mL的容量瓶中，定容，備用。

1.3 試驗方法

采用標準曲線法：氟離子的質量質量濃度與電池的電極電位值復合能斯特方程[3]∶

得知氟離子質量質量濃度的對數值與電池電極電位值成直線關系[5],根據以上原理得工作曲線，根據測得的電極電勢值換算得出氟離子質量質量濃度。

1.4 樣品的測定

1.4.1 樣品的處理

將天然膨潤土置于烘箱內在105 ℃條件下烘干24 h，取出冷卻，備用。

1.4.2 測定

用移液管準確移取 400mg/L的氟溶液4mL，4mL TISAB溶液于50mL容量瓶中稀釋至刻度，得到質量質量濃度為32mg/L的氟溶液。分別用原土和高溫改性土對氟溶液進行吸附，研究改性時間，改性溫度，吸附時間，吸附劑用量，溶液pH值和吸附時間對吸附性能的影響。并對原土和改性土的吸附性能進行了比較。

圖1 改性時間對吸附量的影響Fig.1 Effect ofmodi fi ed time on adsorption amount

圖2 改性溫度對吸附量的影響Fig.2 Effect ofmodi fi ed temperature on adsorption amount

圖3 吸附劑的用量對吸附量的影響Fig.3 Effect of adsorbent dosage on the adsorption amount

圖4 溶液的pH值對吸附量的影響Fig.4 Effect of the solution pH value on adsorption amount

2 實驗結果

試驗中以圖表的形式來表示吸附劑用量，溶液pH值和吸附時間對吸附性能的影響。

2.1 改性時間的影響

改性時間對吸附量的影響見圖1。

當改性溫度為450 ℃，吸附時間為2 h，溶液的pH值為4，吸附劑用量為2 g，溶液處理量為50mL，氟離子初始質量濃度為32mg/L時，由圖1可以看出當改性時間為1 h時吸附量達到最大當改性時間達到1 h后，吸附劑對氟離子的吸附效果逐漸趨于平穩。

2.2 改性溫度的影響

改性溫度對吸附量的影響見圖2。

當高溫改性時間為1 h，吸附時間為2 h，溶液的pH值為4，吸附劑用量為2 g，溶液處理量為50mL，氟離子初始質量濃度為32mg/L時，由圖2可以看出，隨著改性溫度的增加吸附效果呈現逐步上升的趨勢，當改性溫度達到600 ℃時，吸附量開始下降，吸附去除率可達到90% 。

2.2 吸附劑用量的影響

吸附劑的用量對吸附量的影響見圖3。

當高溫改性時間為1 h，改性溫度為500 ℃，溶液處理量為50mL，溶液的pH值為4，吸附時間為2 h，氟離子初始質量濃度為32mg/L時，由圖3可得出，吸附劑用量小于1 g時，隨著用量的增加吸附量的增加較快，當用量達到2 g時吸附趨于平衡。

2.3 溶液pH值的影響

溶液的pH值對吸附量的影響見圖4。

當高溫改性時間為1 h，改性溫度為500 ℃，吸附劑用量為2 g，溶液處理量為50mL，吸附時間為2 h，氟離子初始質量濃度為32mg/L時，由圖4可以看出隨著溶液pH值的增加，吸附效果整體呈現下降的趨勢。當pH值小于3時，吸附劑對氟離子的吸附效果隨溶液pH值減小而下降的幅度較小，當溶液pH值大于3時，吸附效果下降的較快。從圖中還可以看出當溶液pH值小于3時的吸附效果很好，吸附量很高，去除率達到95%。

2.5 高溫改性膨潤土吸附條件的正交試驗優化

試驗中采取4因素3水平的正交試驗，實驗選取的4種因素為改性時間，改性溫度，pH值，吸附劑用量。得出最佳的吸附條件是：吸附劑用量2 g，改性溫度500 ℃，改性時間 2 h，溶液的pH值4。在最佳條件下，高溫改性膨潤土對氟離子的吸附去除率達到90%以上，而未改性的天然膨潤土的去除率在50%～65%之間。

3 結果討論

從分析結果中可以看出，溶液的pH值，吸附劑的用量，吸附時間對氟的吸附都有較大的影響。當待處理溶液在酸性條件時，有利于吸附劑對氟的吸附，pH值越小，吸附量就越高，當溶液的pH值大于7時，吸附量幾乎為零。從試驗中得出在吸附的前30min內，吸附劑的吸附速率是很快的，之后吸附劑的吸附速率開始減慢，當吸附時間達到1 h后開始逐漸趨于吸附平衡，吸附量幾乎不再發生變化。而吸附劑的用量對氟的吸附量影響也比較大，隨著吸附劑用量的增加，吸附量也逐漸增加，并且增加的量逐漸減小。

試驗證明，通過高溫煅燒后的膨潤土具有很強的吸附性，與原土比較其吸附性能有了很大的提高，用高溫改性膨潤土處理過的含氟廢水中，其含氟量有了顯著下降，當溶液的pH值小于3時，經改性膨潤土處理過的含氟廢水完全可以達到排放標準。

[1] 張文成,楊書平.哈密鈉基膨潤土生產活性白土的試驗研究[J].非金屬礦, 1998, 21 (5): 30.

[2] 蔡隆九.氟污染及其控制方法[J].包鋼科技,2001,27(1):56-60.

[3] 張建英,張建峰.改性膨潤土處理染色廢水的研究[J].杭州大學學報(自然科學版), 1996, 23(3): 260.

[4] 朱利中,劉文涵.改性膨潤土在廢水處理方面的應用研究[J].環境化學, 1997, 16 (3): 233.

[5] 朱來東,等.工業氟污染的生物效應分析與研究[J].甘肅冶金,2003,25(1):57.