蛭石對(duì)模擬廢水中鎳離子的吸附研究

熊安晗，莫文龍，王君華，馬亞亞0

（1 中石化中原油田普光分公司，四川達(dá)州 635000；2 新疆大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，新疆烏魯木齊 830046）

蛭石具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即熱穩(wěn)定性高和含有多種水合離子。蛭石作為吸附劑、填料、催化劑等已得到廣泛利用[1-3]。

蛭石具有優(yōu)良的吸附、陽(yáng)離子交換和熱膨脹性能，被廣泛應(yīng)用于建筑、環(huán)保、農(nóng)牧業(yè)和園藝等領(lǐng)域，其對(duì)環(huán)境不存在危害，主要作為初級(jí)和低附加值材料應(yīng)用，資源沒(méi)有得到充分開(kāi)發(fā)[4-6]。而新疆尉犁且干布拉克蛭石礦是世界上少有的幾個(gè)超大型蛭石礦床之一[1]。研究蛭石的性能及其在吸附領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)于如何開(kāi)發(fā)利用好這種非金屬礦具有重要意義。

本文擬通過(guò)考察投加量、溶液pH 值、吸附溫度和吸附時(shí)間對(duì)蛭石吸附模擬廢水中鎳離子的影響，探討各因素對(duì)蛭石吸附鎳離子的基本規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

1.1 試劑

試驗(yàn)所用試劑如表1 所示。

表1 主要實(shí)驗(yàn)試劑 Table 1 The main chemical reagents

1.2 儀器

實(shí)驗(yàn)所用儀器如表2 所示。

表2 主要實(shí)驗(yàn)儀器 Table 2 The main equipments

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1 模擬含鎳廢水的配制

模擬廢水的配制：準(zhǔn)確稱取0.1975g 硝酸鎳Ni(NO3)2·6H2O，溶于裝有去離子水的燒杯中，溶解后移入1000mL 容量瓶，用去離子水稀釋并定容，搖勻。得到質(zhì)量濃度為40mg/L 的模擬含鎳廢水。

2.2 靜態(tài)吸附試驗(yàn)

在上述配制模擬含鎳廢水中，加入一定量清洗烘干后的蛭石，調(diào)節(jié)廢水pH 值，在一定溫度下攪拌一定時(shí)間，離心分離，采用丁二酮肟分光光度法測(cè)定上清液中殘留Ni2+的濃度，計(jì)算蛭石對(duì)廢水中Ni2+的吸附率。

2.3 吸附率的計(jì)算方法

實(shí)驗(yàn)中蛭石作為吸附劑吸附金屬離子的吸附率可由下式計(jì)算得出：

式中：η—蛭石對(duì)金屬離子的吸附率，%；C0—吸附前溶液含金屬離子的濃度，mg/L；C—吸附后溶液含金屬離子的濃度，mg/L。

3 結(jié)果與討論

3.1 投加量對(duì)蛭石吸附Ni2+的影響

分別稱取蛭石樣品0.05g、0.1g、0.2g、0.3g、0.4g 和0.5g 于50mL 的錐形瓶中，加入20mL、pH值為7 的40mg/L 的Ni2+溶液（所計(jì)算的投加量分別為2.5 g/L、5 g/L、10 g/L、15 g/L、20 g/L 和25g/L），于40℃下在水浴恒溫振蕩器中往復(fù)振蕩120min；取出后，于3500rpm 下離心10min，取上清液，測(cè)定濃度，并計(jì)算吸附率。繪制吸附率-投加量曲線如圖1 所示。

由圖1 可知，隨著蛭石用量的增加，Ni2+的吸附率先升高后趨于穩(wěn)定。從圖中看出，蛭石對(duì)Ni2+的吸附率，在投加量為15g/L 后基本達(dá)到吸附平衡，高達(dá)85%。隨后，隨著吸附劑投入量的增加，吸附率沒(méi)有大的改變。這一現(xiàn)象說(shuō)明，一定量一定濃度的Ni2+溶液的需土量達(dá)到一定極限后，吸附率不再增加?？紤]到蛭石投加量增加，固液分離困難，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，所以選擇15g/L 為最佳投加量。

圖1 投加量對(duì)Ni2+吸附率的影響 Fig.1 The influence of vermiculite additive on the adsorption rate of Ni2+

3.2 pH 對(duì)蛭石吸附Ni2+的影響

稱取6 組0.3g 蛭石于50mL 的錐形瓶中，加入20mL、pH 值分別為為4、5、6、7、8、9 的40mg/L的Ni2+溶液，于40℃下在水浴恒溫振蕩器中往復(fù)振蕩120min；取出后，于3500rpm 下離心10min，取上清液，測(cè)定濃度，并計(jì)算吸附率。繪制吸附率-pH曲線見(jiàn)圖2。

圖2 pH 對(duì)Ni2+吸附率的影響 Fig.2 The influence of pH on the adsorption rate of Ni2+

由圖2 可知，pH 值在4-5 之間Ni2+的吸附率變化很大，從不到20%增加至85%左右，pH 值大于5之后，吸附率變化減緩，基本達(dá)到吸附平衡。因此，中性條件操作簡(jiǎn)單，更適合吸附的進(jìn)行，故采用pH值等于7 為最佳條件。

3.3 溫度對(duì)蛭石吸附Ni2+的影響

稱取6 組0.3g 蛭石于50mL 錐形瓶中，加入20mL、pH 值為7.0 的40mg/L 的Ni2+溶液，分別于20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃下在水浴恒溫振蕩器中往復(fù)振蕩120min；取出后，于3500rpm下離心10min，取上清液，測(cè)定濃度，并計(jì)算吸附率。繪制吸附率-溫度曲線如圖3 所示。

圖3 吸附溫度對(duì)Ni2+吸附率的影響 Fig 3 The influence of temperature on the adsorption rate of Ni2+

由圖3 可知，蛭石對(duì)Ni2+的吸附率隨水溫的升高先增大后減小，先增大是因?yàn)樯咚疁貢?huì)使Ni2+的熱運(yùn)動(dòng)增加，從而與蛭石接觸的機(jī)會(huì)增多，同時(shí)在高溫下蛭石的表面膨脹也有利于吸附。但是，由于吸附反應(yīng)是放熱反應(yīng)，水溫太高不利于吸附的進(jìn)行，因此Ni2+的吸附率會(huì)隨水溫的升高而下降。從圖中還可以看出，40℃以后吸附率隨水溫的升高而下降，故以40℃作為最佳的吸附溫度。

3.4 吸附時(shí)間對(duì)蛭石吸附Ni2+的影響

稱取6 組0.3g 蛭石于50mL 錐形瓶中，加入20mL、pH 值為7.0 的40mg/L 的Ni2+溶液，于40℃下在水浴恒溫振蕩器中往復(fù)振蕩5 min、10 min、30 min、60 min、120 min 和150min；取出后，于3500rpm 下離心10min，取上清液，測(cè)定濃度，并計(jì)算吸附率。繪制吸附率-吸附時(shí)間曲線見(jiàn)圖4。

由圖4 可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，蛭石對(duì)Ni2+的吸附率越來(lái)越大。120min 后，吸附率隨時(shí)間的變化緩慢，并趨于平衡。由于蛭石在水中的分散性較好，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)Ni2+的吸附。為實(shí)現(xiàn)水的充分凈化，本實(shí)驗(yàn)采用的吸附時(shí)間為120min。

圖4 吸附時(shí)間對(duì)Ni2+吸附率的影響 Fig.4 The influence of time on the adsorption rate of Ni2+

4 結(jié)論

通過(guò)單因素試驗(yàn)，考察了蛭石對(duì)模擬廢水中Ni2+的吸附情況，探索了投加量、pH 值、吸附溫度和吸附時(shí)間對(duì)吸附率的影響。

結(jié)果表明，投加量在15g/L~20g/L 時(shí)，對(duì)廢水中Ni2+吸附率的增長(zhǎng)趨勢(shì)變?nèi)醪②呌谄胶?；pH 值在4~7 的范圍內(nèi)，蛭石對(duì)Ni2+的吸附率隨著pH 值的增大而增加，之后基本達(dá)到平衡，并達(dá)到88.82%的最大值；另外，通過(guò)實(shí)驗(yàn)選擇的適宜吸附溫度為40℃，適宜吸附時(shí)間為120min。

[1]彭同江，萬(wàn)樸，潘兆櫓，等. 新疆尉犁蛭石礦中金云母-蛭石的間層結(jié)構(gòu)研究[J]. 巖石礦物學(xué)雜志，1996，15(3)：250-258.

[2]譚光，李暉，彭同江. 蛭石對(duì)重金屬離子吸附作用的研究[J]. 四川大學(xué)學(xué)報(bào),2001,33(5):58-61.

[3]劉志強(qiáng)，郭振清. 國(guó)內(nèi)氯堿產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析[J].氯堿工業(yè)，2008,44(12):l-8.

[4]田建民.生物吸附法在重金屬?gòu)U水中的應(yīng)用[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào),2000,31(1):74-78.

[5]李暉，譚光群，李瑞. 蛭石對(duì)汞的吸附性能研究[J]. 重慶環(huán)境科學(xué)，2001，23(2)：65-67.

[6]劉云，吳平霄，黨志. 柱撐蛭石吸附去除廢水中重金屬離子的實(shí)驗(yàn)研究[J].礦物巖石，2006，26(4)：8-13.