鹽酸改性凹凸棒石對廢水中六價鉻的吸附研究

斯少杰

(紹興市環(huán)保科技服務(wù)中心，浙江 紹興 312000)

在各種有機(jī)無機(jī)污染物中，重金屬離子有毒和致癌的性質(zhì)，在水生環(huán)境中低濃度但毒性較大的存在受到極大的關(guān)注。六價鉻是最顯著的重金屬毒素，毒性比三價鉻高100倍，更易被人體吸收而且在體內(nèi)富集，可通過呼吸道、消化道、皮膚黏膜進(jìn)入人體。凹凸棒石，是一種具有層鏈狀結(jié)構(gòu)的黏土礦物，含水富鎂鋁硅酸鹽，化學(xué)式為：Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O[1]，其晶體結(jié)構(gòu)是屬于雙鏈和層狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)為2:1型粘土礦物的過渡形式，在1940年由Bradley[2]提出，如圖1所示。其特殊的結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。凹凸棒石具有吸附性[3]、催化性、離子交換性[4]。通過改性可增強(qiáng)凹凸棒石的吸附性能，提高凹凸棒石的吸附效果。汪開明等[5]利用凹凸棒石制備催化氧化劑用來處理染料中間體廢水，COD去除率最高達(dá)到72.3%，脫色率可以達(dá)到87.5%～99.8%，處理效果較高，而且成本低廉，僅為活性炭處理的5%。周守勇等[6]用磷酸改性凹凸棒石對Pb2+作吸附研究，結(jié)果表明9 mol/L的磷酸改性凹凸棒石對Pb2+的吸附效果最好，并且在pH=5、投加量為20～30 g/L時，廢水中Pb2+去除率接近99%。張靜[7]利用雙氧水改性活性炭纖維，改變其表面官能團(tuán)及孔結(jié)構(gòu)，使其比表面積和表面含氧官能團(tuán)顯著增加，對Cr6+的吸附量可達(dá)40.24 mg/g。陳冬梅等[8]將有機(jī)物與凹凸棒石混合，在隔絕空氣的情況下低溫煅燒，得到碳化改性凹凸棒石，并做處理。利用改性凹凸棒石對含鉻廢水進(jìn)行處理，可有效防治鉻污染，減少含鉻廢水對人體的危害。

圖1 凹凸棒石晶體結(jié)構(gòu)

1 材料與方法

在不同環(huán)境條件：溶液pH值、反應(yīng)溫度、吸附劑投加量，研究鹽酸改性凹凸棒石對六價鉻吸附去除率的影響，確定吸附最佳工藝條件。本實(shí)驗(yàn)采用二苯碳酰二肼分光光度法[9]。

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

TU-1901雙光束紫外可見分光光度計(jì)、分析天平、pH計(jì)、烘箱、水浴鍋；20 mg/L六價鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液、無水乙醇、二苯碳酰二肼、鄰苯二甲酸酐，試劑為國藥試劑，標(biāo)液采購自壇墨質(zhì)檢。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 鹽酸改性凹凸棒石的制備

凹凸棒石與2 mol/L的鹽酸按固液比1:10混合，在60 ℃下水浴反應(yīng)3 h，抽濾或離心，再用蒸餾水洗至pH約為6，在105 ℃下烘干，冷卻后再粉碎至200目，得到鹽酸改性凹凸棒石樣品。

1.2.2 單因素實(shí)驗(yàn)

取5個250 mL錐形瓶，分別加入100 mL濃度為20 mg/L的Cr6+溶液，調(diào)節(jié)pH值，再加一定量鹽酸改性凹凸棒石樣品，在一定溫度水浴下攪拌一定后過濾，取上清液0.5 mL到比色管中，加水稀釋到50 mL。通過調(diào)節(jié)pH、溫度及改變投加量測定吸附后的Cr6+濃度。

1.2.3 吸附平衡容量和去除率的計(jì)算

式中：qe——吸附平衡容量，mg/g

c0——溶液原始濃度，mg/L

ce——平衡濃度，mg/L

V——溶液體積，L

W——吸附劑投加量，g

式中：c0——吸附前Cr6+的初始濃度，mg/L

c——吸附后Cr6+的剩余濃度，mg/L

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

Cr6+濃度與吸光度的數(shù)據(jù)見下表1所示，以Cr6+濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)做標(biāo)準(zhǔn)曲線，見圖2所示。

表1 六價鉻標(biāo)準(zhǔn)曲線

圖2 六價鉻標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2 溶液pH值對其吸附水中六價鉻的影響

研究了在Cr6+原始濃度、反應(yīng)溫度、攪拌時間、吸附劑投加量一定的情況下，3～11的pH值寬度范圍內(nèi)，鹽酸改性凹凸棒石對六價鉻的吸附效果。表2詳細(xì)記錄了溶液pH值與去除率的數(shù)據(jù)。圖3描述了pH值對鹽酸改性凹凸棒石吸附六價鉻的能力的顯著影響，可以看出，溶液pH值對六價鉻去除率影響較大，在溶液pH值小于7時，去除率隨著pH的增加而增加；在pH值等于7時，六價鉻的去除率最大，達(dá)到59.40%；在pH值大于7時，六價鉻去除率又有所降低。

表2 溶液pH值對Cr(Ⅵ)吸附率的影響

圖3 溶液pH值與Cr(Ⅵ)去除率之間的關(guān)系曲線

2.3 溫度對其吸附水中六價鉻的影響

在其它條件不變的情況下，進(jìn)行了不同溫度的吸附實(shí)驗(yàn)。根據(jù)表3的數(shù)據(jù)，作Cr6+去除率與與溫度之間的曲線，如圖4所示，當(dāng)溫度從30 ℃升到50 ℃時，Cr6+去除率也隨之上升，到50 ℃時達(dá)到最大值60.06%，當(dāng)再升溫時，Cr6+去除率又有所減少。因此，溫度對鹽酸改性凹凸棒石吸附水中六價鉻的影響較大，當(dāng)溫度控制50 ℃時，吸附最佳。

表3 溫度對Cr(Ⅵ)吸附率的影響

圖4 反應(yīng)溫度與Cr(Ⅵ)去除率之間的關(guān)系曲線

2.4 投加量對其吸附水中六價鉻的影響

表4詳細(xì)記錄了在溶液初始濃度、pH值、反應(yīng)溫度、攪拌時間一定的情況下吸附劑投加量對六價鉻去除率的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。從圖5可知，在一定范圍內(nèi)，水體中Cr6+的去除率隨鹽酸改性凹凸棒石的量增加而增大，但投加一定的量后，Cr6+去除率趨于平穩(wěn)，接近于水平直線，因此鹽酸改性凹凸棒石最佳用量為2.0 g。

表4 吸附劑投加量對Cr(Ⅵ)吸附率的影響

圖5 吸附劑投加量與Cr(Ⅵ)去除率之間的關(guān)系曲線

3 討 論

劉云等[10]用酸化凹凸棒石粘土對廢水中的Cr6+的作吸附研究，結(jié)果表明鹽酸活化濃度為2 mol/L、凹凸棒石投加量為0.80～1.00 g、溶液pH=3～11時對Cr6+的去除率能達(dá)到85%以上，為最大，并且對電鍍廢水中Cr6+的處理效果較好，能達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。岳新蓮等[11]通過鹽酸改性凹凸棒石對廢水中Cr6+的吸附研究，確定了當(dāng)鹽酸濃度為2.2 mol/L，投加量為0.5 g，振蕩時間為15 min，水樣pH=10時，吸附Cr6+最佳。與之對比，本實(shí)驗(yàn)新增了溫度、pH值對吸附效果的影響，但是沒有研究不同鹽酸濃度改性凹凸棒石對吸附Cr6+的影響。本實(shí)驗(yàn)通過2 mol/L鹽酸改性凹凸棒石對廢水中Cr6+的吸附研究，確定了當(dāng)pH=7，溫度為50 ℃，投加量為2 g，吸附Cr6+最佳，去除率達(dá)到60%以上，但并未達(dá)到預(yù)期效果。

4 結(jié) 論

鹽酸改性凹凸棒石可以吸附廢水中的六價鉻，并且其去除率與溶液pH值、反應(yīng)溫度和吸附劑投加量等因素有關(guān)，通過本實(shí)驗(yàn)，能大致得出鹽酸改性凹凸棒石處理含鉻廢水的最佳工藝條件：pH值在7左右，溫度在50 ℃左右，投加量為2 g。