改性高嶺土處理含鉻廢水的研究

許令國，萬 夢，李詩瑤，徐數(shù)平，趙壯壯，馬萬征*

(1.銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司工程技術(shù)分公司，安徽 銅陵 244000；2.安徽科技學(xué)院 資源與環(huán)境學(xué)院，安徽 鳳陽 233100)

高嶺土是一種天然礦產(chǎn)。細(xì)膩質(zhì)白呈現(xiàn)土狀。對(duì)于固體鉻渣中的鉻來說，因?yàn)槲锢砘瘜W(xué)特性不穩(wěn)定而容易被降水或其他介質(zhì)遷移，后發(fā)生再次污染，由于鉻及其化合物及其難于降解，進(jìn)而通過富集作用進(jìn)入人體進(jìn)行累積，對(duì)人類健康產(chǎn)生毒害。由此，鉻渣的污染已引起人們的廣泛注意。利用高嶺土的重要性質(zhì)來處理鉻污染。張永利[1]對(duì)高嶺土改性處理六價(jià)鉻廢水的研究及謝越[2]對(duì)含鉻廢水處理的各種方法機(jī)理進(jìn)行探討，孫曉峰[3]潘方珍[4]分析了含鉻廢水處理的發(fā)展前景，蔣明琴[5]對(duì)改性高嶺土對(duì)重金屬的研究中對(duì)六價(jià)鉻的處理也做了分析。本文以模擬含鉻廢水為研究對(duì)象，對(duì)改性高嶺土吸附去除鉻的不同條件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，通過實(shí)驗(yàn)確定了改性高嶺土處理六價(jià)鉻廢水時(shí)的最優(yōu)條件。

1 材料與方法

1.1 儀器設(shè)備

儀器：FA2004B萬分之一電子天平，上海精密儀器721可見分光光度計(jì)，pH計(jì)，上海雷韻儀器公司THZ-92恒溫振蕩器，電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，60目80目孔篩。

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑

改性高嶺土的制備(相關(guān)改性工藝參考馬萬征[6])：稱取1 g硫酸亞鐵與7 g高嶺土一起移至250 mL錐型瓶，混合加入90 mL蒸餾水，在室溫下置于振蕩器上震蕩2 h，過濾，取其濾渣在干燥箱100℃下干燥2 h，取混合物于研缽中研磨，然后過篩60目、80目，80目篩上粉末即為目標(biāo)。

含鉻廢水的模擬制備：稱取0.2830 g高錳酸鉀用蒸餾水溶解移入1 L容量瓶中定容，吸取上述液體25 mL于500 mL容量瓶定容濃度為5.0 mg/L，即為模擬廢水。

1.3 試驗(yàn)方法

準(zhǔn)確稱量硫酸亞鐵，高嶺土并按配比1:7混合改性，在投加量，反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)溫度，和pH值不同條件下研究改性高嶺土對(duì)六價(jià)鉻離子的吸附作用并計(jì)算去除率，得到最優(yōu)組合。其中檢測模擬廢水中六價(jià)鉻離子含量采用二苯碳酰二肼丙酮 分光光度法。其中制備改性高嶺土改性借鑒王友平[7]等溫吸附實(shí)驗(yàn)參考動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)參考參考書將展鵬著的環(huán)境工程學(xué)[8]。劉榮香[9-10]高嶺土改性處理六價(jià)鉻,吳平霄[11]高嶺土對(duì)重金屬離子的研究都對(duì)高嶺土處理六價(jià)鉻作了相關(guān)介紹處理。

1.4 二苯碳酰二肼丙酮分光光度法

根據(jù)二苯碳酰二肼丙酮分光光度法[12]，標(biāo)準(zhǔn)曲線為y = 0.0048x-0.0034，R2= 0.9997。

2 正交實(shí)驗(yàn)

2.1 正交實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

表1 正交試驗(yàn)因素及其水平實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table1 Orthogonal test factors and levels

2.2 正交試驗(yàn)因素及其水平實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

由表1根據(jù)正交試驗(yàn)的特性綜合可比性，對(duì)溫度來說1、2、3號(hào)實(shí)驗(yàn)比較可得相同溫度其他不同條件下去除率最高的是二號(hào)實(shí)驗(yàn)所以k2為溫度的優(yōu)水平；同理可以得出時(shí)間的優(yōu)水平是k2；投加量的優(yōu)水平為k3；pH值的優(yōu)水平為k2，四個(gè)因素的優(yōu)水平組合是溫度2，時(shí)間2，投加量3，pH值為2。通過分析極差R發(fā)現(xiàn)RA>RC>RD>RB,所以影響六價(jià)鉻吸附的主次因素依次為溫度，投加量，pH值，時(shí)間。本實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)水平組合。即硫酸亞鐵改性高嶺土對(duì)六價(jià)鉻離子的吸附工藝最優(yōu)組合條件為溫度40℃，時(shí)間20 min，投加量10 g/L，pH值為2。在此條件下改性高嶺土處理六價(jià)鉻離子的吸附去除率為37.7%。

3 等溫吸附實(shí)驗(yàn)

用萬分之一天平稱取0.1、0.2、0.5、0.7、1.0 g改性高嶺土置于相同100 mL規(guī)格燒杯中，編號(hào)1、2、3、4、5。各加入50 mL廢水(其濃度為100 mg/L)反應(yīng)，液體環(huán)境pH值為3，溫度為常溫30℃。恒溫振蕩器振蕩時(shí)間為20 min然后對(duì)應(yīng)過濾，分別取下濾液測其六價(jià)鉻離子含量，計(jì)算去除率，得數(shù)據(jù)如下。

改性高嶺土對(duì)六價(jià)含鉻廢水的吸附分別用langmuir方程和freundlich方程進(jìn)行合。

結(jié)果分析由等溫吸附擬合圖(圖1、2)可以看出，相較freundlich方程，langmuir方程更能準(zhǔn)確描述改性高嶺土吸附六價(jià)鉻的吸附模型。langmuir擬合方程為t/qe=182.29t-10.77，R2= 0.9354.a=0.059，b=0.093。freundlich方程lgq=12.966lgpe-17.268，R2=0.9381。KF為其吸附常數(shù)表示吸附能力的大小計(jì)算求得為0.7929，說明吸附劑對(duì)六價(jià)鉻親和力大小。n在freundlich方程中是參數(shù)，計(jì)算求得n=0.0771。由于該方程基于單分子層推導(dǎo)，這些結(jié)果表明，吸附同一單層模型[12]。

圖1 langmuir方程擬合Fig.1 equation fitting of Langmuir equation

圖2 freundlich方程擬合Fig.2 fitting of Freundlich equation

4 動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)

圖3 一級(jí)動(dòng)力學(xué)擬合Fig.3 First - order dynamic fitting

圖4 二級(jí)動(dòng)力學(xué)擬合Fig.4 second order dynamics fitting

分析由圖3、圖4擬合的動(dòng)力學(xué)方程可以看出改性高嶺土吸附六價(jià)鉻在二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程中能夠很好的擬合，由擬合直線的效果可以看出準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)吸附方程擬合的效果比一級(jí)擬合的更強(qiáng)一點(diǎn)。一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程擬合與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)重合處比二級(jí)少一些，其中一級(jí)擬合曲線為ln(1-q/qe)=-0.0357t，k1=0.041，相關(guān)系數(shù)R2=0.9044。而二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程擬合實(shí)際qe為1.29 mg，于本實(shí)驗(yàn)理論qe為1.44 mg結(jié)果相近。二級(jí)擬合方程為t/q=0.6912t+1/11.676，R2為0.94所以準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程能更好的描述吸附實(shí)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)方程。

5 結(jié)論

(1)正交試驗(yàn)：最優(yōu)水平組合。即硫酸亞鐵改性高嶺土對(duì)六價(jià)鉻離子的吸附工藝最優(yōu)組合條件為溫度40℃，時(shí)間20 min，投加量10 g/L，pH值為2。在此條件下改性高嶺土處理六價(jià)鉻離子的吸附去除率為37.7%。

(2)等溫吸附實(shí)驗(yàn)：在實(shí)驗(yàn)室303 K時(shí)，較freundlich方程，langmuir方程更能表現(xiàn)硫酸亞鐵改性高嶺土吸附模擬六價(jià)鉻廢水的吸附行為。其中l(wèi)angmuir方程R2= 0.93。

(3)動(dòng)力學(xué)方程擬合發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)室303 K時(shí)，硫酸亞鐵改性高嶺土對(duì)六價(jià)鉻離子的吸附符合準(zhǔn)2級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。平衡吸附量實(shí)驗(yàn)理論qe為1.44 mg與試驗(yàn)qe=1.29 mg結(jié)果相近。