沉淀法去除水中重金屬鉬的研究

摘 要：近年來，金屬鉬的廣泛應(yīng)用導(dǎo)致很多鉬礦區(qū)水體中的鉬含量超標嚴重，嚴重威脅人們的飲水安全。利用化學(xué)沉淀法進行水處理已有較為廣泛的應(yīng)用。這種方式具有適用范圍廣、處理效果好、可回收利用有用物質(zhì)、吸附劑可重復(fù)利用等優(yōu)點。本文對沉淀法去除水中重金屬鉬展開具體研究。

關(guān)鍵詞：沉淀法;重金屬;鉬;去除方法

中圖分類號：TU991.2文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）13-0130-03

Study on Removal of Heavy Metal Molybdenum

in Water by Precipitation Method

LIANG Yan

（Harqin Left Wing Mongolian Autonomous County Branch of Chaoyang City Ecological Environment Bureau，Chaoyang Liaoning 122300）

Abstract： In recent years， the widespread application of metallic molybdenum has led to serious molybdenum content in water bodies in many molybdenum mining areas， seriously threatening people's drinking water safety. The chemical precipitation method has been widely used in water treatment. This method has the advantages of wide application range， good treatment effect， recyclable useful substances， and reusable adsorbent. In this paper， a specific study on the removal of heavy metal molybdenum in water by precipitation was carried out.

Keywords： precipitation method;heavy metals;molybdenum;removal method

隨著工業(yè)的發(fā)展，水污染成為人類生存和發(fā)展所面臨的主要環(huán)境問題之一。其中，重金屬如鉬、鉻、汞、鉛、鎳是對生物體危害極大且極難處理的一類重金屬污染物。重金屬污染有如下兩個特點：主要通過食物進入人體，不易排泄，能在人體的一定部位積累，使人慢性中毒且極難治療;可以通過生物、食物鏈富集，由極低濃度，經(jīng)動植物食物鏈的放大作用，富集到較高濃度。因此，重金屬污染受到廣泛關(guān)注。

1 材料與方法

鉬酸鈣沉淀原理如下：化學(xué)沉淀法是使廢水中呈溶解狀態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苡谒闹亟饘倩衔锏姆椒?，向模擬廢水鉬酸銨中投加定量的氯化鈣，使水中的鉬酸根離子和鈣離子結(jié)合生成鉬酸鈣沉淀。在微溶性銨鹽類的飽和溶液中，在一定溫度下，根據(jù)同離子效應(yīng)，鉬酸根離子和鈣離子的濃度乘積超過鉬酸鈣的溶度積（[Ksp]=1.46·10-8），它們就結(jié)合為鉬酸鈣沉淀。

2 試驗步驟

2.1 鉬標準曲線的繪制

2.1.1 鉬標準儲備液的配制。稱取0.150 g在105 ℃干燥至恒重的三氧化鉬并將其置于50 mL燒杯中，加入5～10粒固體氫氧化鈉及10 mL純水，攪拌至其全部溶解，將溶液移入1 000 mL容量瓶中，用純水定容。

2.1.2 鉬標準使用溶液。吸取鉬標準儲備溶液5.00 mL并將其置于500 mL容量瓶中，用純水定容。此溶液1.00 mL含1 μg鉬。吸取此溶液5.00 mL并將其置于500 mL容量瓶中，純水定容。此溶液1.00 mL含0.01 μg鉬。

2.1.3 試劑配比。一是硫酸溶液（2+1）。50 mL硫酸（[ρ]=1.84 g/mL）在不斷攪拌下緩緩加入100 mL純水中，冷卻至室溫。二是酒石酸鉀鈉（500 g/L）。取250 g酒石酸鉀鈉溶于純水中，稀釋至500 mL。三是氯化亞錫溶液（200 g/L）。取20 g氯化亞錫溶于少量鹽酸（[ρ]=1.19 g/mL），用純水稀釋至100 mL，用時現(xiàn)配。四是硫氰酸鉀溶液（100 g/L）。取50 g硫氰酸鉀溶于純水中，稀釋至500 mL。五是異戊醇-四氯化碳混合溶液（1+1）。戊醇與四氯化碳等體積混合。

2.1.4 標準曲線繪制。吸取0.00、0.25、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00 mL鉬標準溶液并將其置于一系列100 mL分液漏斗中，補加純水至50 mL，分別加入2.0 mL硫酸溶液、1.0 mL酒石酸鉀鈉溶液，搖勻，加入1.0 mL氯化亞錫溶液，搖勻，放置片刻。再加入2.0 mL硫氰酸鉀溶液，混勻后放置2 min。再向溶液中加入1.50 mL異戊醇-四氯化碳混合溶液，充分振蕩30 s，放置分層后，將有機相移入10 mL比色管中（為防止有機溶劑的揮發(fā)，上層可保留少量水溶液）。在465 nm波長處，用1 cm比色皿，以試劑空白作參比測量吸光度。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)，以分液漏斗鉬的含量[m]為橫坐標，吸光度[A]為縱坐標繪制鉬標準曲線，如圖1所示。

由鉬標準曲線可得，其函數(shù)方程為：

y=0.059 6x-0.010 3? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中，[x]為經(jīng)空白校正后的吸光度;[y]為鉬的質(zhì)量，μg。

水樣中鉬的質(zhì)量濃度計算公式為：

ρ_Mo=m/v? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式中，ρ_Mo為水樣中鉬的質(zhì)量濃度，mg/L;[m]為從標準曲線上查得的分液漏斗中鉬的含量，μg;[v]為所取水樣的體積，mL。

2.2 模擬含鉬廢水的配制

試驗根據(jù)計算配制一定濃度的鉬酸銨溶液，作為模擬的含鉬廢水。

2.3 鉬酸鈣沉淀試驗

根據(jù)化學(xué)方程式自行配置鉬酸鈣溶液，將其作為試驗?zāi)M的廢水。

2.3.1 pH值對沉淀效果的影響。在試驗溫度、溶液濃度都一定的條件下，改變樣品不同的pH值，分別取pH為1、4、7、10、13為研究條件。

2.3.2 溫度對沉淀效果的影響。溶液的pH和濃度保持固定，逐漸改變試驗反應(yīng)的溫度，進而研究試驗效果。試驗溫度分別設(shè)為50、60、70、80、90 ℃。

2.3.3 溶液濃度對沉淀效果的影響。溶液的pH和反應(yīng)溫度一定，分別對不同濃度的廢水進行研究。改變鐵膠體的加入量，分別為22.281 8、18.281 8、14.281 8、10.281 8、6.281 8 g。

2.3.4 反應(yīng)時間對沉淀效果的影響。在pH、溫度、濃度確定的條件下改變試驗的反應(yīng)時間，考察試驗的動力學(xué)結(jié)果。反應(yīng)時間分別設(shè)為5、30、60、120、180 min。

3 結(jié)果與討論

3.1 pH對鉬酸鈣沉淀的影響

自行配制濃度為0.22 g/mL的含鉬廢水，氯化鈣加入2.318 3 g。調(diào)整不同的pH，在80 ℃的試驗溫度下反應(yīng)大約20 min。溶液中生成鉬酸鈣沉淀，過濾稀釋后得待測溶液。

在溫度和鉬濃度含量一定，pH=1的情況下，鉬酸鈣的去除率可達89.75%;當(dāng)pH=4時，去除率為85.75%，曲線總體上變化不大，趨于平緩;當(dāng)pH=7時，鉬酸鈣的去除率降低到67.99%，曲線呈現(xiàn)下降趨勢。當(dāng)pH=10時，鉬酸鈣的去除率為75.02%;當(dāng)pH=13時，鉬酸鈣的去除率為83.20%，曲線又呈現(xiàn)上升趨勢。總體來看，鉬酸鈣沉淀試驗中，pH為酸性和堿性時，去除率均較高，在中性的條件下，去除率最低。pH=4時去除率最高?？梢?，pH=4是鉬酸鈣沉淀的最佳酸堿度值。整個趨勢線呈拋物線形狀。

3.2 溫度對鉬酸鈣沉淀的影響

自行配制5份鉬酸銨濃度為0.06 g/mL的模擬含鉬廢水，分別向其投加2.318 3 g相同質(zhì)量的氯化鈣，在pH=4的條件下依次改變溫度，觀察沉淀效果，過濾掉鉬酸鈣沉淀物。

鉬酸鈣沉淀試驗中，當(dāng)反應(yīng)溫度[T]=50 ℃時，去除率為35.55%;當(dāng)溫度升高為60 ℃時，去除率升高為51.93%;再把溫度升高10 ℃時，鉬酸鈣的去除率升高到78.25%;溫度為80 ℃時去除率升至88.43 ℃;而溫度為90 ℃時去除率略降至87.19 %;而在室溫的條件下去除率不到10%，基本上不會生成或極少生成鉬酸鈣沉淀;如果反應(yīng)溫度繼續(xù)增加到大于90 ℃，那么鉬酸鈣的去除率會減少，曲線會總體下降，呈拋物線形狀[1]?？傮w分析來看，反應(yīng)溫度對鉬酸鈣沉淀試驗有很大的影響，隨著溫度的升高，鉬的去除率升高，在室溫的條件下也有反應(yīng)發(fā)生但是反應(yīng)緩慢，沉淀微量。在80 ℃的溫度下，鉬酸鈣的去除效率最高，其他溫度下亦有沉淀效果，但是去除率很低。根據(jù)公式[ΔG=ΔH-TΔS]計算得出，鉬酸鈣的吉布斯函數(shù)為[ΔG]=-9 104.195<0，表明反應(yīng)正向進行，能夠產(chǎn)生沉淀，化學(xué)反應(yīng)式為：

Ca²⁺+MoO₄^2-→CaMoO₄↓? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

3.3 濃度對鉬酸鈣沉淀的影響

自行配制5份鉬酸銨濃度為0.22、0.18、0.14、0.10、0.06 g/mL的模擬含鉬廢水。分別向其投加2.318 3 g相同量的氯化鈣。在pH=4、溫度為80 ℃的試驗條件下，含鉬廢水的濃度保持一定，改變鉬酸銨的加入量，總體曲線趨勢發(fā)生變化。根據(jù)化學(xué)方程式的計算，當(dāng)添加22.281 8 g的鉬酸銨時，去除率為80.99%;減少鉬酸銨的加入量，即添加18.281 8 g鉬酸銨時，去除率降至79.16%;當(dāng)鉬酸銨加入14.281 8 g時，鉬酸鈣的去除率又降為76.31%;當(dāng)添加的鉬酸銨為10.281 8 g時，去除率為72.26%;添加最少量（6.281 8 g）的鉬酸銨時，鉬酸鈣的去除率下降至34.30%。從總體趨勢分析可知，隨著含鉬廢水初始濃度的增大，去除率有所上升，當(dāng)含鉬廢水中的鉬酸銨和添加的氯化鈣的質(zhì)量比為11∶1時，去除率最高，比例為3∶1時，去除率最低。

3.4 鉬酸鈣動力學(xué)分析

自行配制5份鉬酸銨濃度為0.06 g/mL的模擬含鉬廢水，均添加2.318 3 g的氯化鈣，在反應(yīng)溫度[T]=80 ℃、pH=4的條件下，控制反應(yīng)時間分別為5、30、60、120、180 min。試驗數(shù)據(jù)分析結(jié)果如圖2所示。

圖2分析結(jié)果顯示，當(dāng)反應(yīng)時間控制在5 min左右時，去除率較高，為78.59%;當(dāng)反應(yīng)時間增加到30 min時，去除率為75.66%，較5 min時的去除率略微下降，無明顯變化;反應(yīng)時間增加為60 min時，去除率降為66.19%;反應(yīng)時間為120 min時去除率為39.44%;反應(yīng)時間增大到最大值180 min時，去除率則降為36.53%。從總體來看，反應(yīng)時間和鉬酸鈣的去除率成反比，即反應(yīng)時間越長，鉬酸鈣的去除率越低，反應(yīng)就越不完全。根據(jù)反應(yīng)的動力學(xué)公式，人們還能計算出不同反應(yīng)時間鉬酸鈣的去除率。

3.5 鉬酸鈣沉淀法最佳工藝

在酸性和堿性的條件下，鉬酸鈣的沉淀效果不同，pH=7時的中性條件不利于沉淀的發(fā)生;反應(yīng)溫度為70～90 ℃時的去除沉淀率較高，其中80 ℃時的去除率最高可達80%;含鉬廢水的初始濃度越高，去除率越大。綜合來看，其最佳的反應(yīng)條件為：反應(yīng)濃度比為11∶1，反應(yīng)時間為5～30 min，pH=1，反應(yīng)溫度為80～90 ℃，去除率可達90%。

4 結(jié)論

本試驗以含鉬廢水為研究對象，采用鉬酸鈣沉淀法來處理含鉬廢水，控制每個試驗的影響因素，并且依次改變影響因素，通過一系列試驗和數(shù)據(jù)分析得出以下結(jié)論。對于鉬酸鈣沉淀試驗來說，酸性或堿性的條件下沉淀效果最佳，去除率可達80%;中性條件下沉底去除效果不好，去除率僅為67.99%;80～90 ℃時鉬酸鈣沉淀效果最好，去除率為88.43%;初始濃度越大，去除效率越高，最好的去除率為80.99%。

參考文獻：

[1]姜瑞雪，王龍，張麗.強化混凝在微污染水源水處理中的應(yīng)用[J].水資源保護，2006（5）：68-70.

收稿日期：2020-04-19

作者簡介：梁艷（1986—），女，本科，工程師，研究方向：生態(tài)環(huán)境建設(shè)、環(huán)保法律法規(guī)、環(huán)境監(jiān)測管理。