凹凸棒石復合吸附劑處理含鋅電鍍廢水的研究

【簡介】

凹凸棒石復合吸附劑處理含鋅電鍍廢水的研究

付桂珍,武素華

(武漢理工大學資源與環(huán)境工程學院,武漢430070)

摘要：以凹凸棒石和粉煤灰為原料,添加一定量的粘結(jié)劑混合造粒制成復合顆粒吸附劑,用于處理含Zn2+廢水。實驗研究了吸附材料的投加量、吸附反應時間及pH值對顆粒復合材料對鋅離子吸附去除率的影響。通過正交試驗研究得出凹凸棒石/粉煤灰顆粒復合材料優(yōu)化吸附工藝條件為:顆粒吸附材料投加量為0.05g/mL,溶液pH為8,吸附反應時間為60min。處理含鋅離子濃度為13.86mg/L的電鍍廢水,鋅離子去除率達到87.79%,處理后殘留鋅離子濃度為1.692mg/L,達到國家污水綜合排放一級標準。

關鍵詞：凹凸棒石;粉煤灰;鋅;吸附

中圖分類號：X703文獻標識碼：A文章編號：1671-4431(2010)19-0098-04

凹凸棒粘土是指以凹凸棒(Attapulgite)為主要成分的一種粘土礦物。它是一種具有獨特性能的層鏈狀分子結(jié)構的含水富鎂鋁硅酸鹽礦物。它具有獨特的層鏈狀晶體結(jié)構和十分細小(約0.01μm×1μm)的棒狀、纖維狀晶體形態(tài)。凹凸棒粘土具有獨特的分散、耐溫、耐鹽堿等良好的膠體性質(zhì)和較高的吸附脫色能力,具有一定的可塑性和粘結(jié)力,使其在各行各業(yè)得到廣泛應用。凹凸棒土在凈化重金屬污水及印染廢水的脫色中,用量小,并且適用的pH范圍廣,效率高,是一種價格低廉的廢水處理劑。電鍍是工業(yè)上通用性強、涉及面廣的行業(yè)之一,幾乎所有工業(yè)部門都有電鍍加工。由于其跨行業(yè)分散在各工業(yè)部門,缺乏統(tǒng)一的協(xié)調(diào)和規(guī)劃,加之工藝比較落后,技術力量薄弱,裝備得不到更新,因此電鍍廠每年要排放大量的電鍍廢水,重金屬離子是電鍍廢水中的重要污染物,如不加以治理,將對環(huán)境造成嚴重的污染。

實驗的目的就是通過制備具有高吸附性能的凹凸棒/粉煤灰復合顆粒吸附劑,吸附電鍍廢水中的鋅離子,探討各不同條件下的吸附性能,尋求最佳的處理工藝條件,使重金屬離子得以去除,以尋求經(jīng)濟、高效、可行的重金屬處理方法。

1實驗

1.1原料

試驗采用的凹凸棒石原礦取自安徽明光官山,屬沉積型凹凸棒石,其主要成分為SiO2,Al2O3,MgO,H2O等;經(jīng)武漢理工大學材料測試中心分析其化學成分為：SiO2:55.6%,Al2O3:9.0%,Fe2O3:6.70%,TiO2:0.63%,CaO:1.95%,MgO:11.35%,

K2O:1.30%,Na2O:0.11%,MnO:0.63%,燒失量:11.80%,總計:99.05%。

試驗所用粉煤灰取自湖北武漢某火力發(fā)電廠的干排粉煤灰。經(jīng)武漢理工大學材料測試與研究中心X射線熒光光譜儀定量分析其化學成分為SiO2,Al2O3,MgO,H2O等;經(jīng)武漢理工大學材料測試中心分析其化學成分為:SiO2:38.66%,Al2O3:20.86%,Fe2O3:4.25%,TiO2:0.98%,CaO:18.94%,MgO:1.21%,

K2O:1.81%,Na2O:0.42%,SO3:3.33%,P2O5:0.35%,燒失量:8.64%,總計:99.45%。將凹凸棒石、粉煤灰、添加劑、水按一定比例混合,混合時注意應先將凹凸棒粉末與粉煤灰充分混合,陳化24h,手工制成粒徑約1~2mm顆粒,制作完成后,將球形顆粒在自然條件下風干約40min,然后在105℃干燥箱內(nèi)烘干約40min,最后置于馬弗爐中焙燒30min成型,冷卻后即得到所需顆粒吸附材料。

1.2主要的實驗設備及試劑

主要的實驗設備有電子天平,回轉(zhuǎn)吸附反應槽,分光光度計,馬弗爐和電熱恒溫干燥箱。

主要的實驗試劑為七水硫酸鋅(ZnSO4·7H2O),抗壞血酸(C6H8O6),氟化銨(NH4F),L-半胱氨酸(NH4F),L-半胱氨酸(L-C6H12N2O4S2),無水乙酸鈉(CH3COONa),冰乙酸(CH3COOH),二甲酚橙(C31H32N2O13S),品級均為AR級。

2結(jié)果與討論

2.1pH值對吸附效果的影響

取100mL水樣于5個250mL的錐形瓶中,室溫下調(diào)節(jié)其pH值依次為2,4,6,8,10,加入凹凸棒/粉煤灰復合吸附顆粒吸附劑,將上述5個錐形瓶置于吸附反應頻率為120r/min的回轉(zhuǎn)吸附反應槽上吸附反應60min后,過濾測定濾液中殘余鋅離子濃度。測定結(jié)果見圖1所示。

由圖1可以看出,pH對凹凸棒/粉煤灰復合吸附顆粒吸附廢水中鋅離子的影響顯著。當pH=2左右時,吸附效果不理想;當pH>7時,吸附效果變化不顯著;當pH=6時,吸附去除率為85.20%,殘留的廢水中鋅離子濃度為2.05mg/L,pH=8時,吸附去除率為88.11%,殘留的廢水中鋅離子濃度為1.65mg/L。故在中性環(huán)境下凹凸棒/粉煤灰復合顆粒對鋅離子的吸附效果較好。基于以下2點考慮:1)從吸附效果上看,pH在中性附近時,處理效果較好;2)在廢水處理中,pH本身也是一項控制的指標,排水一般要求達到中性。故取最適宜pH=7。

2.2吸附劑用量對吸附效果的影響

取100mL水樣于5個250mL的錐形瓶中,在室溫下調(diào)節(jié)其pH=7后,依次在錐形瓶中投加1g,3g,5g,7g,9g凹凸棒/粉煤灰復合吸附顆粒,將上述5個錐形瓶置于吸附反應頻率為120r/min的回轉(zhuǎn)吸附反應槽上吸附反應60min后,過濾測定濾液中的殘余的鋅離子濃度。測定結(jié)果見圖2所示。

從圖2可以看出:隨著凹凸棒/粉煤灰復合吸附材料的增加,吸附去除率逐漸增大。當吸附劑投加量較低時,吸附效果顯著增加,當吸附劑投加量為0.05g/mL時,吸附去除率為87.30%,殘留的廢水中鋅離子濃度為1.76mg/L;當吸附劑投加量大于0.05g/mL時,吸附率增加不顯著。故取吸附劑投加量為0.05g/mL為宜。

2.3吸附反應時間對吸附效果的影響

取100mL水樣于5個500mL的錐形瓶中,在室溫下調(diào)節(jié)其pH=7后,在每個錐形瓶中投加凹凸棒/粉煤灰復合吸附顆粒,將上述5個錐形瓶置于吸附反應頻率為120r/min的回轉(zhuǎn)吸附反應槽上分別吸附反應20min,40min,60min,80min,100min后,過濾測定濾液中的殘余的鋅離子濃度。測定結(jié)果見圖3所示。

從圖3可以看出:隨著吸附反應時間的延長,吸附去除率逐漸增大。吸附時間從20min到40min時,吸附效果顯著,當吸附時間為40min時,吸附去除率為87.95%,殘留的廢水中鋅離子濃度為1.67mg/L;當吸附時間大于40min時,吸附效果不顯著。因此取最佳吸附反應時間t=40min。

2.4正交試驗

上述探討了各個單因素(pH值、顆粒吸附劑用量、吸附反應時間)對凹凸棒/粉煤灰復合吸附材料吸附鋅離子效果的影響,初步確定了單個試驗條件值,但那只能反映單個試驗因素作用下凹凸棒/粉煤灰吸附材料去除電鍍廢水中鋅離子的吸附去除率的變化趨勢。因此為了探討在各因素的綜合作用下凹凸棒/粉煤灰吸附材料去除鋅離子的優(yōu)化條件,進行了3個因素3個水平的正交試驗[5]。其正交試驗因素見表1所示。

正交試驗及其結(jié)果如表2所示。

由表2極差分析可以看出:凹凸棒/粉煤灰顆粒吸附劑的投加量對廢水中鋅離子吸附性能的影響最顯著。3種因素的影響程度順序為:顆粒吸附劑投加量>吸附反應時間>pH值,說明在廢水處理中控制凹凸棒/粉煤灰的投加量至關重要,這不僅關系到處理效果的好壞,而且關系到處理成本的高低。

由表2正交試驗結(jié)果可以看出,編號5的處理效果最好,鋅離子的吸附去除率達到87.79%,吸附后的廢水中鋅離子濃度僅為1.692mg/L,低于國家污水綜合排放標準(GB8978-1996)中的一級標準(2mg/L)。

3結(jié)語

綜上所述,通過正交試驗研究結(jié)果表明:顆粒投加量、吸附反應時間和pH值3種因素對電鍍廢水中鋅離子吸附性能影響程度順序為:顆粒投加量>吸附反應時間>pH值。由此確定凹凸棒/粉煤灰顆粒復合材料優(yōu)化吸附工藝條件為:顆粒吸附材料投加量為0.05g/mL,吸附反應時間為60min,溶液pH為8。顆粒吸附材料在上述優(yōu)化工藝條件下處理含Zn2+濃度為13.86mg/L的電鍍工業(yè)廢水,其殘留濃度低于國家污水綜合排放標準。

參考文獻

[1]許冀泉.江蘇六合小盤山凹凸棒粘土的發(fā)現(xiàn)及其意義[J].科學通報,1980,25(11):513-515.

[2]楊利營,盛京.凹凸棒粘土的研究開發(fā)與應用[J].江蘇化工,2001,29(6):33-37.

[3]許干,杜衛(wèi)剛,周偉,等.改性凹凸棒土凈化含鉻廢水的研究[J].天津化工,2007,21(6):58.

[4]唐受印,汪大.廢水處理工程[M].北京:化學工業(yè)出版社,1998.

[5]吳翊,李永樂,胡慶軍.應用數(shù)理統(tǒng)計[M].長沙:國防科技大學出版社,1995.