改性硅藻土及其在含鉻廢水處理中的應用探究

摘 要：硅藻土（DE）具有孔隙度大、吸收性強、化學性質穩定、有優異的表面性能，增容，增稠以及提高附著力。聚丙烯酰胺（PAM）能與分散于溶液中的懸浮粒子架橋吸附，有著極強的絮凝作用。本課題采用PAM包覆硅藻土，再將所得改性硅藻土（PDE）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。通過本課題來對PAM改性硅藻土的合成及其對吸附Cr（Ⅵ）的吸附進行研究。

關鍵詞：PAM；硅藻土；去除；Cr（Ⅵ）

一、 緒論

（一） 研究背景

近些年，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

硅藻土的晶體結構及其礦物學特性

天然硅藻土的主要成分是SiO2，它具有以下特性：多孔性、較低的濃度、較大的比表面積、相對的不可壓縮性及化學穩定性。

（三） PAM性質及其在水處理中的應用研究進展

1. PAM的結構性質

PAM的使用特性：（1）絮凝性；（2）粘合性；（3）降阻性；（4）增稠性。

2. PAM在水處理中的應用研究

陰離子型PAM能以任意比溶于水，有很好的水溶解性。在pH為4-14達到理想的使用效果。在pH為7～14的介質中，顯示高聚合物電解質的特性。能夠和高價的金屬離子交聯生成難溶的凝膠體。

二、 六價鉻標準曲線的繪制及PDE合成制備

（一） 標準曲線繪制

二苯碳酰二肼分光光度法測定六價鉻標準曲線的繪制照GB7467-87繪制標準曲線。

（二） 改性硅藻土制備

1. 制備PAM包覆硅藻土

取200mL濃度分別為1，2，5，10，20（g/L）PAM溶液放入500mL錐形瓶中，滴加一定量的1mol/L的NaOH溶液，分別加入50g硅藻土，控制溫度勻速攪拌3h，使硅藻土與PAM混合均勻，形成PAM改性硅藻土（PDE），過濾，水洗并靜止3h，除去上層渾濁液，得到的土樣于90±2℃下烘干、破碎、研磨，過150目篩備用。

三、 實驗分析方法

（一） 重金屬吸附的表征與測定

在若干加入一定量濃度的Cr（Ⅵ）水溶液錐形瓶中，分別加入一定量改性硅藻土，控制反應條件，振蕩吸附，測定天然硅藻土對Cr（Ⅵ）的吸附能力。根據Cr（Ⅵ）的標準吸收曲線計算出A與A0所對應Cr（Ⅵ）濃度C與C0。

吸附率用下列方程式進行計算：P（%）=（C0-C）/C0*100%

（二） 不同因素對PAM改性硅藻土吸附Cr（Ⅵ）的影響

試驗在室溫下進行，取含一定濃度Cr（Ⅵ）水樣體積100mL，分別投入天然硅藻土5.0g，控制溫度勻速反應1h。上述條件不變，改變PAM包覆硅藻土的質量、模擬廢水中不同的pH值，水樣起始濃度變化對吸附Cr（Ⅵ）影響。通過去除率、吸附容量來表達改性硅藻土的吸附效果。

1. 硅藻土中PAM含量對Cr（Ⅵ）的吸附影響

通過圖1比較，采用5g/L的PAM改性硅藻土。與天然硅藻土相比，5g/L PAM改性硅藻土提高了0.46mg/gCr（Ⅵ）的吸附容量，提高了23%的相對去除率。由于PAM包覆在硅藻土表面上，填充了表面孔隙的同時也增大了其吸附的比表面積，利于吸附Cr（Ⅵ）。隨著PAM濃度的增大，當PAM濃度提高到10g/L以后，由于PAM在硅藻土表面堆積，使得硅藻土孔隙變小，PAM厚度增大，對重金屬 Cr（Ⅵ）吸附能力下降。

2. pH值的影響

試樣采用水樣的初始濃度是100ppm。如圖2所示，改性硅藻土對pH變化對Cr（Ⅵ）相對自然土有了更大的適用范圍，在一般情況下，在酸性條件下，H+會抑制硅藻土表面上H+的解離，使得硅藻土在酸性條件下吸附重金屬離子能力下降。而硅藻土表面經過PAM改性后，由于PAM包覆在硅藻土表面和填充于硅藻土孔隙中，在改性硅藻土對水中的H+可以繼續與PAM發生水解反應，從而能夠形成陰離子型PAM，使得改性硅藻土對pH的適應范圍增大。

3. 初始濃度的影響

從圖3的變化趨勢得出以下結論：自然土和經過PAM改性后的硅藻土，對于Cr（Ⅵ）的吸附量隨著Cr（Ⅵ）的初始濃度的增加而增加。在相同初始濃度下，隨著濃度的增加，經過PAM包覆硅藻土的吸附量較自然土的差距會變得更大。隨著Cr（Ⅵ）含量的變大，增加了相互的接觸幾率，在一定程度上提升了吸附量。

4. 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）改性硅藻土吸附Cr（Ⅵ）不同濃度PAM溶液進行改性；（2）改性硅藻土在不同pH下吸附；（3）水樣的初始濃度。

通過實驗可知，pH值對于改性硅藻土吸附Cr（Ⅵ）的影響因素較大，PAM溶液濃度和水樣中Cr（Ⅵ）初始濃度對于Cr（Ⅵ）的吸附也有一定的影響。得到PAM改性硅藻土去除Cr（Ⅵ）的最佳方案是：當pH值為6，PAM改性濃度為 2g/L，水樣中Cr（Ⅵ）初始濃度為250ppm，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]高廷耀，顧國維.水污染控制工程（第三版）下冊[M].北京：高等教育出版社，2007.

[2]羅道成，劉俊峰.改性硅藻土對廢水中Pb2+、Cu2+、Zn2+吸附性能的研究[J].中國礦業，2005，14（7）：69-71.

作者簡介：

王晗怡，江蘇省無錫市，江蘇省惠山中等專業學校。