改性硅藻土及其在含鉻廢水處理中的應(yīng)用探究

摘 要：硅藻土（DE）具有孔隙度大、吸收性強(qiáng)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、有優(yōu)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(qiáng)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(yè)含鉻廢水處理，并對(duì)其機(jī)理進(jìn)行探究。通過本課題來對(duì)PAM改性硅藻土的合成及其對(duì)吸附Cr（Ⅵ）的吸附進(jìn)行研究。

關(guān)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(huán)境隨著工業(yè)的發(fā)展持續(xù)惡化，屢屢出現(xiàn)因?yàn)槲廴疽鸬娜彼桶踩鹿?。由于吸附法?duì)進(jìn)水的預(yù)處理要求高，吸附劑的價(jià)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(dá)到深度凈化的目的。

（二） 硅藻土的性質(zhì)及改性方法

硅藻土的晶體結(jié)構(gòu)及其礦物學(xué)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(duì)的不可壓縮性及化學(xué)穩(wěn)定性。

（三） PAM性質(zhì)及其在水處理中的應(yīng)用研究進(jìn)展

1. PAM的結(jié)構(gòu)性質(zhì)

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(yīng)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(dá)到理想的使用效果。在pH為7～14的介質(zhì)中，顯示高聚合物電解質(zhì)的特性。能夠和高價(jià)的金屬離子交聯(lián)生成難溶的凝膠體。

二、 六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制及PDE合成制備

（一） 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

二苯碳酰二肼分光光度法測(cè)定六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制照GB7467-87繪制標(biāo)準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)分析方法

（一） 重金屬吸附的表征與測(cè)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(yīng)條件，振蕩吸附，測(cè)定天然硅藻土對(duì)Cr（Ⅵ）的吸附能力。根據(jù)Cr（Ⅵ）的標(biāo)準(zhǔn)吸收曲線計(jì)算出A與A0所對(duì)應(yīng)Cr（Ⅵ）濃度C與C0。

吸附率用下列方程式進(jìn)行計(jì)算：P（%）=（C0-C）/C0*100%

（二） 不同因素對(duì)PAM改性硅藻土吸附Cr（Ⅵ）的影響

試驗(yàn)在室溫下進(jìn)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(yīng)1h。上述條件不變，改變PAM包覆硅藻土的質(zhì)量、模擬廢水中不同的pH值，水樣起始濃度變化對(duì)吸附Cr（Ⅵ）影響。通過去除率、吸附容量來表達(dá)改性硅藻土的吸附效果。

1. 硅藻土中PAM含量對(duì)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(duì)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(shí)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(dāng)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(duì)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(duì)pH變化對(duì)Cr（Ⅵ）相對(duì)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(huì)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(jīng)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(duì)水中的H+可以繼續(xù)與PAM發(fā)生水解反應(yīng)，從而能夠形成陰離子型PAM，使得改性硅藻土對(duì)pH的適應(yīng)范圍增大。

3. 初始濃度的影響

從圖3的變化趨勢(shì)得出以下結(jié)論：自然土和經(jīng)過PAM改性后的硅藻土，對(duì)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(jīng)過PAM包覆硅藻土的吸附量較自然土的差距會(huì)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(shí)驗(yàn)

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，在選擇上述影響因素設(shè)計(jì)相應(yīng)33正交實(shí)驗(yàn)：（1）改性硅藻土吸附Cr（Ⅵ）不同濃度PAM溶液進(jìn)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(shí)驗(yàn)可知，pH值對(duì)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(duì)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(dāng)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(duì)于Cr（Ⅵ）的去除效果較其他組合明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1]高廷耀，顧國維.水污染控制工程（第三版）下冊(cè)[M].北京：高等教育出版社，2007.

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

作者簡(jiǎn)介：

王晗怡，江蘇省無錫市，江蘇省惠山中等專業(yè)學(xué)校。