改性高嶺土處理含鉻廢水的研究

許令國，萬 夢，李詩瑤，徐數平，趙壯壯，馬萬征*

(1.銅陵有色金屬集團股份有限公司工程技術分公司，安徽 銅陵 244000；2.安徽科技學院 資源與環境學院，安徽 鳳陽 233100)

高嶺土是一種天然礦產。細膩質白呈現土狀。對于固體鉻渣中的鉻來說，因為物理化學特性不穩定而容易被降水或其他介質遷移，后發生再次污染，由于鉻及其化合物及其難于降解，進而通過富集作用進入人體進行累積，對人類健康產生毒害。由此，鉻渣的污染已引起人們的廣泛注意。利用高嶺土的重要性質來處理鉻污染。張永利[1]對高嶺土改性處理六價鉻廢水的研究及謝越[2]對含鉻廢水處理的各種方法機理進行探討，孫曉峰[3]潘方珍[4]分析了含鉻廢水處理的發展前景，蔣明琴[5]對改性高嶺土對重金屬的研究中對六價鉻的處理也做了分析。本文以模擬含鉻廢水為研究對象，對改性高嶺土吸附去除鉻的不同條件進行了實驗研究，通過實驗確定了改性高嶺土處理六價鉻廢水時的最優條件。

1 材料與方法

1.1 儀器設備

儀器：FA2004B萬分之一電子天平，上海精密儀器721可見分光光度計，pH計，上海雷韻儀器公司THZ-92恒溫振蕩器，電熱恒溫鼓風干燥箱，60目80目孔篩。

1.2 實驗試劑

改性高嶺土的制備(相關改性工藝參考馬萬征[6])：稱取1 g硫酸亞鐵與7 g高嶺土一起移至250 mL錐型瓶，混合加入90 mL蒸餾水，在室溫下置于振蕩器上震蕩2 h，過濾，取其濾渣在干燥箱100℃下干燥2 h，取混合物于研缽中研磨，然后過篩60目、80目，80目篩上粉末即為目標。

含鉻廢水的模擬制備：稱取0.2830 g高錳酸鉀用蒸餾水溶解移入1 L容量瓶中定容，吸取上述液體25 mL于500 mL容量瓶定容濃度為5.0 mg/L，即為模擬廢水。

1.3 試驗方法

準確稱量硫酸亞鐵，高嶺土并按配比1:7混合改性，在投加量，反應時間，反應溫度，和pH值不同條件下研究改性高嶺土對六價鉻離子的吸附作用并計算去除率，得到最優組合。其中檢測模擬廢水中六價鉻離子含量采用二苯碳酰二肼丙酮 分光光度法。其中制備改性高嶺土改性借鑒王友平[7]等溫吸附實驗參考動力學實驗相關參考參考書將展鵬著的環境工程學[8]。劉榮香[9-10]高嶺土改性處理六價鉻,吳平霄[11]高嶺土對重金屬離子的研究都對高嶺土處理六價鉻作了相關介紹處理。

1.4 二苯碳酰二肼丙酮分光光度法

根據二苯碳酰二肼丙酮分光光度法[12]，標準曲線為y = 0.0048x-0.0034，R2= 0.9997。

2 正交實驗

2.1 正交實驗及結果

表1 正交試驗因素及其水平實驗結果Table1 Orthogonal test factors and levels

2.2 正交試驗因素及其水平實驗結果分析

由表1根據正交試驗的特性綜合可比性，對溫度來說1、2、3號實驗比較可得相同溫度其他不同條件下去除率最高的是二號實驗所以k2為溫度的優水平；同理可以得出時間的優水平是k2；投加量的優水平為k3；pH值的優水平為k2，四個因素的優水平組合是溫度2，時間2，投加量3，pH值為2。通過分析極差R發現RA>RC>RD>RB,所以影響六價鉻吸附的主次因素依次為溫度，投加量，pH值，時間。本實驗的最優水平組合。即硫酸亞鐵改性高嶺土對六價鉻離子的吸附工藝最優組合條件為溫度40℃，時間20 min，投加量10 g/L，pH值為2。在此條件下改性高嶺土處理六價鉻離子的吸附去除率為37.7%。

3 等溫吸附實驗

用萬分之一天平稱取0.1、0.2、0.5、0.7、1.0 g改性高嶺土置于相同100 mL規格燒杯中，編號1、2、3、4、5。各加入50 mL廢水(其濃度為100 mg/L)反應，液體環境pH值為3，溫度為常溫30℃。恒溫振蕩器振蕩時間為20 min然后對應過濾，分別取下濾液測其六價鉻離子含量，計算去除率，得數據如下。

改性高嶺土對六價含鉻廢水的吸附分別用langmuir方程和freundlich方程進行合。

結果分析由等溫吸附擬合圖(圖1、2)可以看出，相較freundlich方程，langmuir方程更能準確描述改性高嶺土吸附六價鉻的吸附模型。langmuir擬合方程為t/qe=182.29t-10.77，R2= 0.9354.a=0.059，b=0.093。freundlich方程lgq=12.966lgpe-17.268，R2=0.9381。KF為其吸附常數表示吸附能力的大小計算求得為0.7929，說明吸附劑對六價鉻親和力大小。n在freundlich方程中是參數，計算求得n=0.0771。由于該方程基于單分子層推導，這些結果表明，吸附同一單層模型[12]。

圖1 langmuir方程擬合Fig.1 equation fitting of Langmuir equation

圖2 freundlich方程擬合Fig.2 fitting of Freundlich equation

4 動力學實驗

圖3 一級動力學擬合Fig.3 First - order dynamic fitting

圖4 二級動力學擬合Fig.4 second order dynamics fitting

分析由圖3、圖4擬合的動力學方程可以看出改性高嶺土吸附六價鉻在二級動力學方程中能夠很好的擬合，由擬合直線的效果可以看出準二級動力學吸附方程擬合的效果比一級擬合的更強一點。一級動力學方程擬合與實驗數據點重合處比二級少一些，其中一級擬合曲線為ln(1-q/qe)=-0.0357t，k1=0.041，相關系數R2=0.9044。而二級動力學方程擬合實際qe為1.29 mg，于本實驗理論qe為1.44 mg結果相近。二級擬合方程為t/q=0.6912t+1/11.676，R2為0.94所以準二級動力學方程能更好的描述吸附實驗動力學方程。

5 結論

(1)正交試驗：最優水平組合。即硫酸亞鐵改性高嶺土對六價鉻離子的吸附工藝最優組合條件為溫度40℃，時間20 min，投加量10 g/L，pH值為2。在此條件下改性高嶺土處理六價鉻離子的吸附去除率為37.7%。

(2)等溫吸附實驗：在實驗室303 K時，較freundlich方程，langmuir方程更能表現硫酸亞鐵改性高嶺土吸附模擬六價鉻廢水的吸附行為。其中langmuir方程R2= 0.93。

(3)動力學方程擬合發現，在實驗室303 K時，硫酸亞鐵改性高嶺土對六價鉻離子的吸附符合準2級動力學方程。平衡吸附量實驗理論qe為1.44 mg與試驗qe=1.29 mg結果相近。