幾種吸附材料處理重金屬廢水的效果
摘要：用室內(nèi) 分析 的 方法 研究 了幾種吸附材料對含鉻、銅、鋅、鉛的廢水的吸附處理效果。結(jié)果表明，在幾種吸附材料中，以活性炭的吸附量和去除率比較高，且吸附量隨廢水中重金屬含量的降低而減小，除鉻外，其他離子的去除率則以低濃度時(shí)比較高。所有吸附材料均對鉛的吸附量比較大，改性硅藻土和改性高嶺土對重金屬的吸附量也比較大，宜于在重金屬處理中作為吸附劑推廣使用。
關(guān)鍵詞：吸附材料 重金屬廢水 吸附率 吸附量
近年來，含有重金屬的廢水對人類的生活環(huán)境造成了巨大的危害，重金屬離子隨廢水排出，即使?jié)舛群苄。材茉斐晒，?yán)重污染環(huán)境， 影響 人們的健康。所以，研究如何降低廢水中重金屬的含量，減輕重金屬對環(huán)境的污染具有重大意義。 目前 ，去除廢水中重金屬的方法主要有三種：一是通過發(fā)生化學(xué)反應(yīng)除去廢水中重金屬離子的方法 [1];二是在不改變廢水中的重金屬的化學(xué)形態(tài)的條件下對其進(jìn)行吸附、濃縮、分離的方法;三是借助微生物或植物的絮凝、吸收、積累、富集等作用去除廢水中重金屬的方法[2]。其中吸附法是比較常用的方法之一。本試驗(yàn)采用物理吸附的方法研究幾種吸附材料處理含重金屬廢水的效果，以便找出比較高效和便宜的吸附材料，為降低處理含重金屬的廢水成本和增加 經(jīng)濟(jì) 效益服務(wù)。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
1.1.1 吸附材料 實(shí)驗(yàn)所用吸附劑除黃褐土外均來自于安徽 科技 學(xué)院資源與環(huán)境實(shí)驗(yàn)室，部分吸附材料在查閱 文獻(xiàn) 的基礎(chǔ)上進(jìn)行了化學(xué)改性[3，4]。 所用的吸附材料包括改性硅藻土、酸改性高嶺土、改性高嶺土、活性炭和黃褐土。改性硅藻土的處理過程為：將40 g硅藻土加入到0.1 mol/L的Na2CO3溶液中，邊攪拌邊慢慢地加入飽和的CaCl2溶液。反應(yīng)結(jié)束后，過濾，置于烘箱內(nèi) 105 ℃條件下干燥。酸改性高嶺土的處理過程為：將高嶺土過100目篩，在850 ℃煅燒5 h后，取一定量的高嶺土加鹽酸浸沒，在90 ℃恒溫下處理7 h，4000轉(zhuǎn)下離心分離30 min，洗滌，120 ℃下烘干過夜。改性高嶺土的處理過程為：取5 g高嶺土加入2 g SiO2，1 g Na2CO3，1 g KClO3放入研缽中研細(xì)，混勻，置于高溫爐中，控制溫度在800 ℃，恒溫3 h；钚蕴恐苯尤∽杂谫Y環(huán)實(shí)驗(yàn)室。黃褐土采自于安徽科技學(xué)院種植科技園，土壤樣品采集后，風(fēng)干，過100目篩備用[4]。
1.1.2 含重金屬廢水 本試驗(yàn)所用含重金屬廢水均為自行配制的不同濃度重金屬溶液。用硝酸銅、硝酸鉻、硝酸鉛和硝酸鋅分別配制鉻、銅、鋅、鉛摩爾濃度分別為0.10、0.05、0.01 mol/L的重金屬廢水。
1.2 試驗(yàn)方法
分別稱取1 g吸附材料(改性硅藻土、酸改性高嶺土、改性高嶺土、活性炭、黃褐土)加入200 mL不同濃度的含重金屬廢水中，混合，振蕩24 h后，過濾，并測定處理后的濾液中重金屬的含量。用原子吸收分光光度計(jì)測定吸附平衡時(shí)溶液中的鉻、銅、鋅、鉛的含量(測定需將平衡液稀釋)，并 計(jì)算 出溶液中剩余重金屬的量。用差減法計(jì)算各種吸附材料吸附重金屬的量。
2 結(jié)果與分析
不同重金屬濃度下幾種吸附材料對廢水中不同重金屬的吸附量和去除率見表1。
表1 不同重金屬濃度下不同吸附材料對重金屬的吸附量和去除率
|
重金屬類別 |
吸附材料
|
廢水中重金屬原來的濃度/（mol·L-1）
|
|||||
|
0.1
|
0.05
|
0.01
|
|||||
|
吸附量/(mg·g-1)
|
去除率/%
|
吸附量 /(mg·g-1)
|
去除率/%
|
吸附量 /(mg·g-1)
|
去除率/%
|
||
|
鉻 |
活 性 炭
|
39.85
|
76.63
|
16.87
|
64.88
|
3.17
|
61.04
|
|
酸 改 性 高 嶺 土
|
37.35
|
71.83
|
15.15
|
58.26
|
2.27
|
43.62
|
|
|
改 性 硅 藻 土
|
28.61
|
55.02
|
12.28
|
47.23
|
1.80
|
34.62
|
|
|
改 性 高 嶺 土
|
15.04
|
28.92
|
4.95
|
19.04
|
0.84
|
16.19
|
|
|
黃 褐 土
|
8.93
|
17.17
|
3.53
|
13.56
|
0.48
|
9.23
|
|
|
銅 |
活 性 炭
|
21.76
|
34.00
|
10.88
|
34.00
|
3.90
|
61.00
|
|
酸 改 性 高 嶺 土
|
1.92
|
3
|
1.28
|
4
|
0.77
|
12.00
|
|
|
改 性 硅 藻 土
|
12.16
|
19.00
|
9.6
|
30
|
3.07
|
48.00
|
|
|
改 性 高 嶺 土
|
10.24
|
16.00
|
4.95
|
15.47
|
1.66
|
26.00
|
|
|
黃 褐 土
|
0.98
|
1.53
|
1.00
|
3.13
|
1.02
|
15.94
|
|
|
鋅 |
活 性 炭
|
46.19
|
71.06
|
23.35
|
71.85
|
4.62
|
71.00
|
|
酸 改 性 高 嶺 土
|
19.5
|
30.00
|
11.53
|
35.47
|
1.70
|
26.22
|
|
|
改 性 硅 藻 土
|
38.35
|
59.00
|
19.83
|
61.02
|
3.12
|
48.00
|
|
|
改 性 高 嶺 土
|
34.53
|
53.12
|
18.31
|
56.33
|
2.53
|
39.01
|
|
|
黃 褐 土
|
1.50
|
2.31
|
0.94
|
2.89
|
0.78
|
12.04
|
|
|
鉛 |
活 性 炭
|
155.50
|
75.12
|
84.71
|
81.85
|
19.98
|
96.52
|
|
酸 改 性 高 嶺 土
|
62.10
|
36.00
|
38.48
|
37.18
|
8.12
|
39.22
|
|
|
改 性 硅 藻 土
|
121.18
|
58.54
|
62.12
|
60.02
|
12.34
|
59.63
|
|
|
改 性 高 嶺 土
|
109.96
|
53.12
|
59.46
|
57.45
|
12.22
|
59.01
|
|
|
黃 褐 土
|
4.81
|
2.32
|
2.78
|
2.69
|
0.63
|
3.03
|
|
2.1 幾種吸附材料對廢水中鉻的吸附效果
不同鉻濃度下，不同吸附材料對水中鉻的吸附量和去除率不同。在同一濃度下，不同吸附劑對鉻的吸附量分別為活性炭>酸改性高嶺土>改性硅藻土>改性高嶺土>黃褐土，其對鉻的去除率亦表現(xiàn)出同樣的趨勢。表明吸附材料對水中鉻的吸附能力均較黃褐土大。不同吸附劑對水中鉻的吸附能力不同主要是由其分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)的不同所造成的[5，6]。
從表1中也可以看出，隨著含鉻廢水中鉻濃度的減小，同種吸附劑對廢水鉻的吸附量和去除率隨之變小。例如，不同吸附劑對原液摩爾濃度為0.01 mol/L的廢水的吸附量僅為不同吸附劑對原液摩爾濃度為0.1 mol/L的處理的吸附量的1/10。這是因?yàn)楫?dāng)溶液中鉻濃度比較大時(shí)，向溶液中加入吸附劑，吸附劑接觸的鉻量較多，吸附比較完全，同時(shí)因溶液中鉻離子比較多，吸附的鉻也不容易解析的緣故。因此，廢水中鉻濃度較大時(shí)去除效果較好。
2.2 幾種吸附材料對廢水中銅的吸附效果
由表1可以看出，幾種吸附材料對廢水中的銅的吸附性能與鉻不同。同一銅濃度下，幾種材料對銅的吸附量順序?yàn)榛钚蕴?gt;改性硅藻土>改性高嶺土>酸改性高嶺土>黃褐土，同樣各種吸附材料對廢水中銅的吸附能力較黃褐土大。不同吸附材料對不同重金屬的吸附性能不同，除與吸附材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同有關(guān)外，可能還與不同重金屬的性質(zhì)及其與吸附材料的親和能力大小有關(guān)。
隨著廢水中銅濃度的降低，不同吸附材料對銅的吸附量減小，但對廢水中銅的去除率增大，所以廢水中銅含量比較低時(shí)吸附去除率較高。
2.3 幾種吸附材料對廢水中鋅的吸附效果
不同吸附材料對鋅的吸附效果不同。在同一濃度時(shí)，不同吸附材料對鋅的吸附量順序?yàn)榛钚蕴?gt;改性硅藻土>改性高嶺土>酸改性高嶺土>黃褐土。這是因?yàn)樗岣男愿邘X土處理后表面酸性增加[4]，當(dāng)將其加入含鋅廢水時(shí)，鋅不易形成沉淀從而導(dǎo)致其吸附量較改性高嶺土的低。
與吸附材料對鉻、銅的吸附一樣，它們的吸附量隨著溶液鋅離子濃度的降低而減少。隨溶液濃度的改變，其去除率的變化沒有明顯的 規(guī)律 性，但以鋅摩爾濃度為0.05 mol/L時(shí)，去除率較高。
2.4 幾種吸附材料對廢水中鉛的吸附效果
從表1中可以看出，不同吸附材料對廢水中鉛的吸附與其對銅的吸附相似。同一濃度時(shí)，其吸附量大小順序?yàn)榛钚蕴?gt;改性硅藻土>改性高嶺土>酸改性高嶺土>黃褐土。且其對鉛的吸附量隨鉛濃度的減小而減小，去除率隨濃度的減小而增加。
3 結(jié) 語
高嶺土為粘土礦物的一種，其結(jié)構(gòu)為二八面體，有1:1的硅氧四面體和鋁氧八面體組成，屬三斜晶系，在該礦物晶格中，存在少量離子的相互置換[7]。高嶺土表面存在羥基，親水性較強(qiáng)。因其陽離子代換量小，所以直接 應(yīng)用 效果不明顯。酸改性高嶺土的表面改性過程主要是經(jīng)過煅燒，使其表面酸度增強(qiáng)，表面官能團(tuán)和反應(yīng)的活性點(diǎn)也發(fā)生了變化[4]，改性高嶺土的表面改性過程是使用一種無機(jī)物包裹在高嶺土的表面，達(dá)到表面改性的效果。硅藻土是古代單細(xì)胞低等植物硅藻的遺體堆后，經(jīng)過初步的成巖作用而形成的具有多孔性的生物硅質(zhì)巖。因其孔隙率高，比表面積大，所以吸附正電荷能力強(qiáng)[8]，但表面帶負(fù)電荷[9]，因廢水中膠體一般表面也帶負(fù)電荷，所以直接應(yīng)用只起到壓縮雙電層的作用，本試驗(yàn)在硅藻土中加入混合絮凝劑復(fù)合制成改性硅藻土后，吸附效果較好。
本試驗(yàn)的結(jié)果表明，不同吸附材料對含鉻、銅、鋅、鉛廢水的吸附量和去除率不同。一般情況下隨著廢水中重金屬濃度的增加，吸附量增大，除鉻外，對重金屬的去除率則有隨廢水濃度降低而增加的趨勢。
當(dāng)然，吸附劑的吸附量和去除率還與廢水的pH有關(guān)。不同吸附劑去除不同重金屬離子發(fā)生完全吸附的條件不同。就本試驗(yàn)而言，各種吸附劑對廢水中鉛的吸附量比較大。在不同吸附劑中，活性炭吸附量和去除率均較大，是比較理想的吸附材料，只是活性碳的價(jià)格比較貴，限制了它的廣泛使用。與一般土壤相比，改性硅藻土和改性高嶺土的吸附量也比較大，且它們在靜態(tài)或動態(tài)條件下均可應(yīng)用，價(jià)錢便宜，制備方便，有一定的機(jī)械強(qiáng)度，宜于在重金屬處理中作為吸附劑推廣使用。
參考 文獻(xiàn)
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2 楊 駿，秦漲峰，陳戎英.活性碳吸附水中鉛離子的動態(tài) 研究 .環(huán)境 科學(xué) ，1997，16(5)：423～427
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