硅藻土負載單寧酸及其在含鉻廢水處理中的應用

摘 要：硅藻土（DE）具有孔隙度大、吸收性強、化學性質穩定、耐磨、耐熱等特點。單寧酸（TA）上由于存在多個鄰位上的酚羥基，因此單寧酸能夠與金屬離子發生絡合反應。單寧酸與金屬離子絡合所形成的多元環螯合物一般具有不同的顏色，可以在不同的pH條件下生成沉淀，從而利于金屬離子的分離和去除。本課題采用硅藻土負載單寧酸，再將所得的硅藻土負載單寧酸（TADE）用于模擬含鉻廢水及工業含鉻廢水處理，并對其機理進行探究。

關鍵詞：單寧酸；硅藻土；去除；Cr（Ⅵ）

一、 緒論

（一） 研究背景

這些年，我國水環境隨著工業的發展持續惡化，屢屢出現因為污染引起的缺水和安全事故。由于吸附法對進水的預處理要求高，吸附劑的價格昂貴，因此在廢水處理中，吸附法主要用來去除廢水中的微量污染物，達到深度凈化的目的。

（二） 硅藻土的性質及改性方法

國內外研究采用的改性劑多為各種季銨鹽陽離子。經改性硅藻土表面帶負電荷，由于靜電作用，具有強烈的吸附能力。

（三） 單寧酸（TA）性質及其在水處理中的應用研究進展

單寧酸上存在多個鄰位上的酚羥基，因此其能同金屬離子之間發生絡合反應。一般情況下，反應所形成的多元環螯合物會生成不同的顏色，在不同的pH條件下會生成沉淀，從而利于金屬離子的分離和去除。

二、 單寧酸標準曲線的繪制及TADE合成制備

（一） 單寧酸標準曲線繪制

本實驗采用276nm處吸光度作為單寧酸濃度的測定指標。

（二） 硅藻土負載單寧酸（TADE）的制備

稱取硅藻土（DE）放入錐形瓶中，加入單寧酸水溶液并調節pH，控制轉子轉速及溫度，勻速攪拌3h，使硅藻土和單寧酸溶液混合均勻，形成硅藻土負載單寧酸（TADE），靜置，將懸濁液離心分離。測定殘余單寧酸濃度，另將沉淀烘干。樣品破碎并研磨，取過150目篩樣品放置在磨口瓶中備用。

計算單寧酸負載量QDE，e=（CTA，1-CTA，2）*VTA/mDE。

式中，QDE，e為DE對單寧酸的負載量（mg·g-1），CDE，1和CDE，2分別為單寧酸初始濃度和反應平衡后濃度（mg·L-1）。

通過數據可以得出，硅藻土負載單寧酸的量隨著pH值的增大而顯著增大。硅藻土的帶電性及pH對單寧酸的水解的影響決定了硅藻土對單寧酸的吸附性。pH值增大，單寧酸水解程度增大，體現了更強的離子性，單寧酸表面帶負電荷量隨之增大。

三、 實驗分析方法及結論

（一） 不同因素對硅藻土負載單寧酸吸附Cr（Ⅵ）的影響

改變改性硅藻土上單寧酸含量、溶液pH值，水樣初始濃度變化對改性硅藻土吸附Cr（Ⅵ）影響。硅藻土負載單寧酸吸附效果實驗數據主要用去除率、吸附容量來表達。

（二）

1. 硅藻土負載單寧酸濃度對Cr（Ⅵ）的吸附影響

試樣采用水樣中含Cr（Ⅵ）初始濃度為100ppm在中性條件下比較天然硅藻土與改性硅藻土對Cr（Ⅵ）的影響。得到如下實驗數據：

控制pH在中性條件，隨著單寧酸初始濃度的增加，制備的TADE對于Cr（Ⅵ）的去除率增大，Cr（Ⅵ）的去除率與單寧酸的負載量成正比關系，因此單寧酸的濃度在去除 Cr（Ⅵ）的反應中有著很大的影響。但是，單寧酸濃度過大會造成水體中的COD增大，引起二次污染。

2. pH值的影響

試樣采用水樣的初始濃度是100ppm，得到pH值變化對自然土和改性硅藻土吸附Cr（Ⅵ）的影響數據如下表：

當pH=2時，Cr（Ⅵ）的去除率為48.5%。Cr（Ⅵ）的去除率隨著pH的增大而減小，Cr2O2-7與HCrO-4之間存在一個動態的平衡。

3. 水樣中含Cr（Ⅵ）初始濃度的影響

4. Cr（Ⅵ）的初始濃度對硅藻土負載單寧酸吸附影響

水樣中Cr（Ⅵ）的初始濃度，對于TADE去除Cr（Ⅵ）有著很大的影響，當Cr（Ⅵ）濃度由50ppm提高到100ppm時候，TADE的吸附率增加了15%，當隨著Cr（Ⅵ）濃度增大至超過TADE所能酯化的量時，吸附率下降。

5. 正交實驗

根據上述實驗，在選擇上述影響因素設計相應33正交實驗：1. TADE吸附Cr（Ⅵ）不同濃度單寧酸溶液進行改性；2. TADE在不同pH下吸附；3. 水樣的初始濃度。

（三） 結論

水樣中初始Cr（Ⅵ）濃度對于TADE吸附Cr（Ⅵ）的影響因素較大，TA溶液濃度和pH值對于Cr（Ⅵ）的吸附也有一定的影響。經實驗得到TADE去除Cr（Ⅵ）的最佳方案是：當合成TADE時TA濃度為200mg/L，反應體系中pH值為4，水樣中Cr（Ⅵ）初始濃度為200ppm，改性硅藻土對于Cr（Ⅵ）的去除效果較其他組合明顯。

參考文獻：

[1]杜玉成，葉力佳，劉燕琴.硅藻土吸附重金屬離子Cd2+的動力學研究[J].中國非金屬礦工業導刊，2004，38（1）：38-40.

[2]An J H， Dultz S. Adsorption of tannic acid on chitosan—montmorillonite as a function of pH and surface charge properties[J]. Applied Clay Science，2007，36：256-264.

作者簡介：

王晗怡，江蘇省無錫市，江蘇省惠山中等專業學校。