滑石對水中Hg(Ⅱ)的吸附性能及機理分析

許云峰，佟天宇，張建中，李 萍

（1. 撫順職業(yè)技術(shù)學院 化學工程系，遼寧 撫順 113122； 2. 遼寧石油化工大學 環(huán)境與生物工程學院，遼寧 撫順 113001）

滑石對水中Hg(Ⅱ)的吸附性能及機理分析

許云峰1，佟天宇1，張建中1，李 萍2

（1. 撫順職業(yè)技術(shù)學院 化學工程系，遼寧 撫順 113122； 2. 遼寧石油化工大學 環(huán)境與生物工程學院，遼寧 撫順 113001）

采用吸附實驗方法，研究了滑石對水中Hg(Ⅱ)的吸附性能，探討了滑石用量、反應時間和溶液pH值對吸附效果的影響，繪制了吸附等溫線，并分析機理，結(jié)果表明：滑石對水中Hg(Ⅱ)的吸附效果良好，吸附結(jié)果均能較好的符合Langmuir和Freundlich等溫吸附模型，主要以表面吸附為主，絡合反應也起到了一定的作用。

滑石；Hg(Ⅱ)；吸附；機理

汞在環(huán)境中具有較強的毒性和生物累積性，可通過生物過程和非生物過程轉(zhuǎn)化為毒性更強的有機汞，成為人們重點關注的重金屬污染物。含汞廢水主要來源于電子工業(yè)、氯堿工業(yè)、冶煉工業(yè)等，處理方法[1-3]較多，但吸附法因其技術(shù)成熟，操作簡單而被廣泛應用。滑石是一種含鎂硅酸鹽礦物，化學式為Mg3[Si4O10](OH)2，化學組成為MgO 31.72%，SiO263.52%，H2O 4.76%。滑石特殊的層狀結(jié)構(gòu)[4]和較大的比表面積決定了其具有較強的吸附性能和離子交換性能，因此可以嘗試利用滑石去除水中的Hg(Ⅱ)。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

滑石粉（325目），（純度≥95.00 %，桂林市海達滑石制品有限公司）；硝酸汞Hg(NO3)2·H20，（純度≥99.00 %，河北邢化試劑廠）；其他常規(guī)藥品。本實驗選用的滑石粉，魏林[5]用 XRD和 FTIR對其結(jié)構(gòu)進行表征，結(jié)果如下：（1）滑石粉的比表面積大，粒度細微，主要集中在1.0～15.0 μm之間，且累積分布在 78%以上；（2）滑石粉的特征峰型尖銳明顯，清晰可見，滑石粉的質(zhì)量分數(shù)大于95.00%。雜質(zhì)含量較小。

1.2 實驗設備

723原子吸收分光光度計（北京普析通用儀器公司）；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（金壇市科教儀器有限公司）；PHS-3C精密pH計 (精度為O.01)(上海同濟科教儀器有限公司)；AL204型的電子天平(梅特勒?托利多儀器(上海)有限公司)；外加一些常規(guī)玻璃儀器。

1.3 實驗方法

1.3.1 吸附劑制備和模擬廢水配制

將滑石粉細磨粉碎，過325目篩，烘干去除水分后密封存放，以作實驗用的吸附劑。用Hg(NO3)2·H20的分析純試劑加入蒸餾水配成含Hg2+單組分模擬廢水，其質(zhì)量濃度為100 mg/L。

1.3.2 靜態(tài)吸附[6]

稱取一定質(zhì)量的滑石粉，放于250 mL燒杯中，再向燒杯中加入100 mL配制好的模擬廢水，用磁力攪拌器攪拌一定時間后，平衡一定時間后過濾，用雙硫腙分光光度法分析方法測定濾液中Hg2+的濃度，求出Hg2+的去除率。設計標準實驗條件為溫度20 ℃（一直不變）、質(zhì)量濃度100 mg/L、滑石用量

5.0 g、反應時間1 h、溶液pH值6.0。

1.3.3 吸附等溫線[7]

本實驗中，將配制好的100 mL重金屬離子的溶液分為10份分別放入10個錐形瓶中，從1號瓶到10號瓶的初始濃度分別為10，20，40，60，80，100，120，140，160，180 mg/L，為計算方便，投加滑石質(zhì)量為0.1 g，保持溫度20 ℃，放在振蕩器上振蕩一定時間，平衡一段時間后，過濾，測定濾液中重金屬離子的濃度。做q—Ce圖，得出吸附等溫線。

1.3.4 相關計算公式

（1）去除率

廢水中重金屬離子的去除率計算方法：

T = （C0-Ce）／C0×100%

式中: T—廢水中重金屬離子的去除率, %；

C0—處理前廢水中重金屬離子的質(zhì)量濃度, mg/L；

Ce—處理后廢水中重金屬離子的質(zhì)量濃度, mg/L。

（2）吸附量

吸附量可用下式計算：

q =（C0-Ce）V／W

式中: q—吸附量, mg/g；

V—廢水體積, L；

W—滑石粉用量, g；

C0—處理前廢水中重金屬離子的質(zhì)量濃度, mg/L；

Ce—處理后廢水中重金屬離子的質(zhì)量濃度, mg/L。

（3）吸附等溫模型[8,9]

Langmuir等溫模型方程形式：

q = qmbCe／(1 + bCe）

式中: q—吸附量, mg/g；

Ce—吸附質(zhì)的平衡濃度, mg/L；

qm—飽和吸附量, mg/g；

b—吸附常數(shù)。

Freundlich等溫吸附模型方程形式：

q = KCe1/n

式中: q—吸附量, mg/g；

Ce—吸附質(zhì)的平衡濃度, mg/L；

K—與吸附容量有關的吸附常數(shù)；

n—無量綱的與吸附強度有關的系數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 滑石用量對處理效果的影響

只改變滑石粉加入量，T值隨滑石粉加入量變化曲線如圖1。

圖 1是滑石粉加入量對 Hg2+去除率的變化曲線。滑石粉加入量從1 g增到7 g，Hg2+去除率由34.4 %增到93.8 %；滑石粉加入量從7 g增到10 g，Hg2+去除率增加了4.3 %，此過程Hg2+去除率的變化很小；滑石粉加入量超過10 g曲線趨于平緩，去除率的變化更小，此時接近吸附平衡。

圖1 滑石粉加入量對Hg2+去除率的影響Fig.1 Effect of talc dosage on the removal rate of Hg2+

2.2 反應時間對處理效果的影響

只改變吸附反應時間，T值隨吸附反應時間的變化曲線如圖2。

圖2 反應時間對Hg2+去除率的影響Fig.2 Effect of the reaction time on the removal rate of Hg2+

圖2是反應時間對Hg2+去除率的變化曲線。圖形表明當反應時間由從1 h延長到 5 h時，Hg2+去除率由82.3 %增加到95.5 %，當反應時間從5 h延長到10 h時，Hg2+去除率增加了1.7 %，說明此時反應時間對Hg2+去除率的影響程度變小；反應時間超過10 h后去除率曲線趨于平緩，增加量變化更小，此時已接近吸附平衡。

2.3 溶液pH值對處理效果的影響

在該過程中，不斷調(diào)整溶液的pH，用PHS-3C精密pH計測量溶液pH值，每次實驗前均對PHS-3C精密pH計重新標定。T值隨pH值變化曲線如圖3。

圖3是溶液pH值對Hg2+去除率的變化曲線。圖形表明pH值對含Hg2+廢水處理效果影響顯著。當pH值從3逐漸增加至8時Hg2+去除率由38.8 %增加到91.2 %，當pH值從8增大至10時Hg2+去除率非但沒有增加，相反去除率由91.2 %降到

80.6 %，這說明：（1）pH值對含Hg2+廢水處理效果影響大；（2）在pH值小于6和pH值大于8時Hg2+的去除率均不高。

圖3 pH值對Hg2+去除率的影響Fig.3 Effect of pH on the removal rate of Hg2+

2.4 滑石粉對Hg2+的吸附等溫線

Hg2+的吸附等溫線如圖4，利用最小二乘法計算得出Langmuir和Freundlich方程擬合參數(shù)如表1。

圖4 重金屬Hg2+的吸附等溫線Fig.4 Heavy metal Hg2+adsorption isotherm

表1 滑石吸附Hg2+的Langmuir和Freundlich方程擬合參數(shù)Table 1 Talc adsorption of Hg2+Langmuir and Freundlich equation fitting parameters

滑石對 Hg2+的吸附結(jié)果均能較好的符合Langmuir和Freundlich等溫吸附模型，但從相關系數(shù)（R2）的數(shù)值來看，對Langmuir等溫吸附模型符合程度更好。

3 結(jié) 論

3.1 吸附性能

通過吸附實驗研究，可以看出滑石粉對水中Hg2+表現(xiàn)出良好的吸附特性。滑石用量、吸附反應時間和溶液 pH值因素對吸附效果影響較大。Hg2+的去除率隨滑石粉用量、吸附反應時間的增加而增大，在實驗范圍內(nèi)呈正相關。對于溶液pH值因素，Hg2+的去除率隨著 pH值的增大呈現(xiàn)出先增大后減小，這說明在強酸或強堿的條件下都是不利于Hg2+的去除。

3.2 機理分析

滑石粉表面具有大量的Mg-O-和OH-鍵，當滑石粉與廢水中 Hg2+充分接觸時，Hg2+與 Mg-O-和OH-収生配合作用，使重金屬離子固定在滑石粉表面，進而實現(xiàn)重金屬離子與水分離，可見表面吸附[10,11]起了主要作用。另外，滑石表面存在的Si-O-Si和O-Si-O等特殊基團，亦能與重金屬離子収生絡合反應[12]，對滑石去除Hg2+也有一定貢獻。

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Analysis on Sorption Properties and Mechanisms of Talc for Hg (II) in Water

XU Yun-feng1, TONG Tian-yu1, ZHANG Jian-zhong1, LI Ping2
（1. Department of Chemical Engineering，F(xiàn)ushun Employee Technique College，Liaoning Fushun 113122, China；2. Department of Environmental and Biological Engineering, Liaoning Shihua University，Liaoning Fushun 113001, China）

Sorption properties of talc for Hg (II) in water were studied. Effects of talc dosage, reaction time and pH on the adsorption were investigated, the adsorption isotherm was drawn, and the adsorption mechanism was analyzed. The results show that, the talc has good adsorption effect for Hg (II) in water，the adsorption results are in accord with Langmuir and Freundlich isothermal adsorption models, the adsorption mechanism mainly is surface adsorption, the complexation reaction also plays a certain role.

Talc；Hg (II)；Adsorption；Mechanism

TQ 028

A

1671-0460（2014）09-1686-03

遼寧省教育廳科學研究一般課題，項目號：L2012434。

2014-03-18

許云峰（1980-），吉林榆樹人，碩士，講師，研究方向：水處理材料開發(fā)與應用。E-mail：yun211@126.com。