膨潤土吸附劑處理含鎳（Ⅱ）廢水的研究*

王保成，吳雪峰，柳 偉，崔德龍，趙淑君，徐秀麗

（沈陽東瑞科技有限公司，遼寧沈陽110026）

膨潤土吸附劑處理含鎳（Ⅱ）廢水的研究*

王保成，吳雪峰，柳 偉，崔德龍，趙淑君，徐秀麗

（沈陽東瑞科技有限公司，遼寧沈陽110026）

利用膨潤土的吸附能力，對(duì)含Ni（Ⅱ）的工業(yè)廢水進(jìn)行吸附處理情況進(jìn)行了研究。用膨潤土原土和活化土吸附劑處理含Ni（Ⅱ）水樣，研究膨潤土在不同試驗(yàn)條件，如吸附劑用量、處理時(shí)間等對(duì)Ni（Ⅱ）的吸附率的變化。結(jié)果表明，無論是原土還是活化土，吸附量10%為最佳，活化土處理效果比原土的去除率高約3%；高溫焙燒可以改變膨潤土的吸附性能，提高吸附率，最佳焙燒時(shí)間為30 min；處理時(shí)間以60 min為最好。

膨潤土；含鎳廢水；吸附劑；吸附率

膨潤土是一種以蒙脫石為主要成分的價(jià)格低廉的黏土礦物，具有水化膨脹性、吸附性、陽離子交換性等性質(zhì)。我國的膨潤土礦產(chǎn)資源，總儲(chǔ)量居世界首位[1]。膨潤土價(jià)格低、來源廣、吸附能力強(qiáng)，膨潤土固有的特性使人們認(rèn)識(shí)到膨潤土在環(huán)境處理方面的巨大潛力。據(jù)國內(nèi)外一些文獻(xiàn)報(bào)告，經(jīng)過處理改性的膨潤土吸附性能得到極大提高[2]。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定工業(yè)廢水Ni（Ⅱ）含量不能超過1 mg/L，而許多工業(yè)廢水如化工、制藥、冶煉、電鍍等行業(yè)排放的廢水中均含有毒物Ni（Ⅱ），且都超過標(biāo)準(zhǔn)很多，污染相當(dāng)嚴(yán)重。在常用的含鎳廢水處理方法中，利弊各有不同，如活性炭吸附法效果好，但是成本高；生化法費(fèi)用雖然低，但是高濃度鎳對(duì)微生物有毒副作用。因此研究開發(fā)有效、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的處理含Ni（Ⅱ）廢水的方法具有十分重要意義。

膨潤土化學(xué)組成一般為 Nax（H2O）4{（Al2·xMg x）[Si4O10]（OH）2}·H2O[3]，蒙脫石具有很大的內(nèi)外表面積[4]，因而且有極強(qiáng)的吸附性能，根據(jù)膨潤土特有的性能，為污水處理提供了一條新路，目前膨潤土已廣泛應(yīng)用于石油、化工、制藥、環(huán)保等行業(yè)。

本試驗(yàn)是借鑒前人在膨潤土在污水處理應(yīng)用的基礎(chǔ)上，采用膨潤土吸附劑對(duì)含Ni（Ⅱ）廢水進(jìn)行了較深入的研究，尋找一種最佳的處理?xiàng)l件，取的最佳的含鎳廢水處理效果。

目前，膨潤土應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，但是直接對(duì)處理廢水的研究還不太多見。河南省科學(xué)院化學(xué)研究所的趙彩榮和合肥工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院的范文元[5]，曾對(duì)凹凸棒石粘土吸附劑處理含鉻（Cr6+）廢水進(jìn)行了深入研究，并得到了令人滿意的結(jié)果。他們的結(jié)論是：

（1）利用酸活化和高溫焙燒方法可以改變凹凸棒石粘土的吸附性能。

（2）用含有少量促進(jìn)劑的凹凸棒石粘土吸附劑處理含鎳量為71 mg/L廢水的適宜活化與操作條件為：將凹凸棒石粘土與2.0 mol/L H2SO4按質(zhì)量比1︰10，在70℃下活化處理2 h，過濾、干燥后再在360℃馬弗爐中焙燒30 min，用加有3%促進(jìn)劑的該吸附劑處理含Cr6+廢水60 min，可使Cr6+的殘余濃度降至遠(yuǎn)低于國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。

因?yàn)殂t與鎳都是過渡金屬，它們具有相似的共價(jià)半徑和離子半徑，所以用膨潤土吸附含鎳廢水也具有良好的結(jié)果。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要儀器及試劑

1.1.1 主要儀器

（1）磁力加熱攪拌器（蘇州常州市國華儀器廠）；

（2）高速離心機(jī)（北京醫(yī)用離心機(jī)廠）；（3）722分光光度計(jì)（上海雷磁儀器廠）；

（4）恒溫干燥箱，（天津市科學(xué)器材設(shè)備廠）。

1.1.2 主要試劑

（1）硫酸（優(yōu)級(jí)醇）（鞍山市化學(xué)試劑廠）；

（2）氯化鎳（分析醇）（沈陽市新城化工廠）。

1.1.3 土樣

膨潤土，凌源膨潤土廠。

1.2 試驗(yàn)內(nèi)容

1.2.1 吸附劑的制備

在3種活化條件下制備出膨潤土吸附劑，見表1。

表1 膨潤土吸附劑的制備Table 1 The preparation of bentonite adsorbent

1.2.2 試驗(yàn)步驟

用移液管分別移取50 mL廢水（Ni2+質(zhì)量濃度為71 mg/L），注入100 mL燒杯中，加入一定量的膨潤土吸附劑，在磁力加熱攪拌器上恒溫?cái)嚢?0 min，然后利用高速離心機(jī)將溶液進(jìn)行離心分離，最后用水環(huán)真空泵抽濾，濾液中鎳離子含量采用丁二酮肟光度法[6]在分光光度計(jì)上測(cè)定。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

Ni2+體積與Ni2+濃度關(guān)系，如圖1。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)曲線圖Fig.1 Specification curve

2.2 吸附劑用量對(duì)Ni2+殘留量的影響（原土和活化土）

吸附劑用量的多少，與總的吸附能力相關(guān)。吸附劑用量多，總吸附能力大，凈化效果就越顯著，但不經(jīng)濟(jì)。而且當(dāng)吸附劑用量增加到一定值時(shí)，若再增加其效果也不顯著[5]。以下分別取原土和活化土，就用量的不同研究對(duì)膨潤土對(duì)Ni2+的影響。

2.3 原土用量的影響

分別取廢水（pH=7）50 mL，分別加 1.0，2.0，3.0，4.0，5.0，6.0 g 原土，室溫?cái)嚢?30 min，考查吸附劑用量對(duì)膨潤土吸附性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

從圖2中可以看出：吸附劑用量從1.0 g到2.0 g，去除率增加較快，以后變化不太顯著。當(dāng)吸附劑用量為4 g時(shí)總?cè)コ蔬_(dá)到約92%，此后基本達(dá)到吸附平衡。已與國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)接近。

圖2 吸附劑用量對(duì)去除率的影響Fig.2 Effect of dosage of the adsorbent on removal rate

3.4 活化土用量的影響

分別取廢水 50 mL，加入 1.0，2.0，3.0，4.0，5.0，6.0 g 360℃灼燒30 min的粘土，室溫?cái)嚢?0 min，考查吸附劑用量對(duì)膨潤土吸附性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 吸附劑用量對(duì)去除率的影響Fig.3 Effect of dosage of the adsorbent on removal rate

從圖3中可以看出：活化土吸附Ni2+的吸附規(guī)律與原土的吸附規(guī)律相似，但吸附能力高于原土。當(dāng)吸附劑用量為4 g時(shí)，總?cè)コ蔬_(dá)到約95%，此后基本達(dá)到吸附平衡，且比原土吸附率提高3%。

3.4 焙燒時(shí)間對(duì)Ni2+殘留量的影響

分別取廢水50 mL，加4 g的吸附劑，吸附劑在360 ℃馬弗爐中分別灼燒 30，60，90，120，150 min，室溫?cái)嚢? h，考查吸附劑對(duì)Ni2+的吸附效率，以確定較佳的灼燒時(shí)間，結(jié)果見圖4。

從圖4中可以看出：灼燒時(shí)間的長短，吸附劑對(duì)Ni2+的去除率不顯著，吸附率基本不變，故較佳的灼燒時(shí)間為30 min。

3.5 處理時(shí)間對(duì)Ni2+殘留量的影響

分別取廢水50 mL，加4 g（360℃灼燒30 min）的吸附劑，分別在室溫下攪拌 15，30，60，80，100，120 min，考查吸附劑對(duì)Ni2+的吸附效率,試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖4 焙燒時(shí)間對(duì)去除率的影響Fig 4 Effect of calcination time on removal rate

圖5 處理時(shí)間對(duì)去除率的影響Fig.5 Effect of reaction time on removal rate

從圖5中可以看出：廢水被攪拌吸附60 min，Ni2+的去除率附率達(dá)99.2%，以后基本趨于平衡。

3.6 精密度試驗(yàn)

從上面的結(jié)果可知，對(duì)鎳離子的去除率影響較大的因素是膨潤土用量、處理時(shí)間和初始離子濃度。通過試驗(yàn)結(jié)果確定原土及活化土的最佳工藝，分別取5份50 mL廢水，吸附用量為4 g、灼燒時(shí)間為30 min、廢水?dāng)嚢栉綖?0 min、結(jié)果表明吸附率平均值為99.60%，結(jié)果如圖5。

圖6 精密度試驗(yàn)Fig.6 Accuracy test

4 結(jié)論

經(jīng)過上述試驗(yàn)，可以得出如下結(jié)論：

（1）無論是原土還是活化土，吸附量10%為最佳，且活化土處理效果比原土的去除率高約3%。

（2）高溫焙燒可以改變膨潤土的吸附性能，提高吸附率，且最佳焙燒時(shí)間為30 min。

（3）處理時(shí)間以60 min為最好。

[1]國家建材局地研所情報(bào)所.非金屬礦產(chǎn)資源與開發(fā)利用情況[J].非金屬礦開發(fā)，1995（54）:2－5.

[2]Colombo C，Violante A.Effect of ageing on the nature and interlaying of mixed hydroxyl of mixed hydroxyl complexes[J].Clay Miner，1997，32（1）：55-56.

[3]于桂香，張德金．膨潤土及其開發(fā)利用[J].遼寧化工,1994，（2）：23-24.

[4]張穎新，張?zhí)靹?改性膨潤土及其在環(huán)保方面的應(yīng)用[J].化工新型材料，2002，30（4）：33-37.

[5]鄒家慶.工業(yè)廢水處理技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

Study on Treatment of Nickel Containing Wastewater by Using Bentonite as Adsorbent

WANG Bao-cheng，WU Xue-feng，LIU Wei，CUI De-long，ZHAO Shu-jun，XU Xiu-li

（Shenyang Dongrui technology co.，Ltd.Liaoning Shenyang 110026，China）

Treatment of containing Ni（Ⅱ）wastewater by using bentonite adsorptive capacity was studied.Nickel containing wastewater was treated by original bentonite and activated bentonite respectively.Effects of different conditions including adsorbent dosage，treatment time，etc.on adsorption rate of Ni （Ⅱ）were discussed.The experimental results show that adsorption rate of activated bentonite is higher than that of original bentonite by 3%，high-temperature calcination can change adsorption property of bentonite and improve adsorption rate，the best calcination time is 30 min，the best treatment time is 60 min.

Bentonite；Nickel containing wastewater；Adsorbent；Adsorption rate

X703

A

1671-0460（2010）05-0516-03

2010-04-23

王保成（1977－），男，遼寧凌源人，助理工程師，2004年畢業(yè)于吉林大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)，主要從事污水處理工作。E-mail：baocheng.wang@sdfc-cn.com。