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pp电子水处理之金属废水处理工艺

来源:pp电子官网 发布日期:

2019-03-07 09:11:27

栏目:

污水处理资讯

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如何进行水处理?

pp电子水处理为您介绍一种先进、实用的水处理技术——金属废水处理工艺

      

海泡石是一类具有巨大比表面积、多微孔的良好吸附剂,近年来,一直用来吸附处理各类污染物,如重金属、有机物、各类大气污染物等。海泡石的吸附性能由于出产地不同而有所差异,且海泡石原矿自带有方解石、石英石等各类杂质,大大影响了海泡石的吸附性能,因此,对海泡石原矿进行改性是势在必行的。研究表明,目前的改性方法可分为酸改性、热改性、有机改性、光改性等,单一方法改性海泡石只能处理单一组分废水,但是随着工业的发展,废水中重金属成分日益复杂,因此,必须研究一种新的方法对海泡石加以改性,使其能够有效去除废水中多种重金属。

本文采用酸、热同时对海泡石进行联合改性,并以Cu2+、Pb2+Zn2+多金属废水为目标污染物,目的是为多金属废水处理提供一条有效的途径。

一、实验部分

1、主要试剂和材料

海泡石原矿由湘潭九华碳素公司提供,海泡石含量20%,其化学组成(质量百分比: SiO2: 43.11%; Al2O3: 9.37%; MgO:10.15%; H2O-: 2.23%; CaO: 15.51%; 盐酸、五水硫酸铜、硝酸铅、硝酸锌及其他实验试剂均为分析纯; 实验用水为一次蒸馏水。

2、主要仪器

气浴恒温振荡器(ZD-85) ; pH (PHS-3C) ; 原子吸收分光光度计(WFX-IF2B) ; 箱式电阻炉(SX-12-16) 

3、改性海泡石的制备

用不同浓度的HCl 溶液在30 ℃恒温下浸泡海泡石不同时间,控制液固比为201,烘干,再经不同温度焙烧4 h,研磨过80 目筛,实验备用。

4、静态吸附实验

采用五水硫酸铜、硝酸铅、硝酸锌和蒸馏水配制50 mg /L 含Cu2+Pb2+Zn2+的模拟废水,不同浓度的废水皆由模拟废水与蒸馏水配制,移取50mL250mL具塞锥形瓶中,调节pH值,置于恒温气浴恒温器中,加入一定量改性海泡石,按不同的实验要求,改变实验条件,进行振荡吸附(120 r /min) ,反应后取上清液测定金属浓度,并根据吸附前后溶液中的离子浓度计算吸附率:

ф = (C0-Ci)×100%/C0

式中:ф——吸附率,

C0、Ci——吸附始、末金属离子的浓度,mg/L 

二、结果与讨论

1、酸浓度对Cu2+、Pb2+Zn2+去除效果的影响

分别采用0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0 mol /L 浓度的HCl对海泡石进行酸改性,再进行热改性。在吸附时间120 min,离子初始浓度50 mg /L,改性海泡石投加量4 g /LpH 7.0,温度35 ℃条件下,考察不同酸浓度对改性海泡石吸附效果的影响,结果如图1所示。

图1 酸浓度对Cu2+Pb2+Zn2+去除效果的影响

由图可知,酸浓度对海泡石的吸附性能影响较大,当酸浓度从0.4 mol /L 升高至0.9 mol /L 时,改性海泡石对金属离子的吸附能力也随之增大,当酸浓度为0.9 mol /L 时,吸附量最大。这是因为低浓度酸活化在保持海泡石的结晶结构形态不变的前提下,可去除海泡石矿的共生杂质方解石,也可使其骨架镁逐步脱除,进而打通海泡石的孔道,因此吸附性能得以提高,且随着酸浓度的增加,海泡石被酸活化的效果越好,但是当酸浓度过高时,过多的骨架镁脱除过多,容易引起孔道坍塌,从而导致海泡石的吸附性能转而降低。

2、酸活化时间对Cu2+、Pb2+Zn2+去除效果的影响

采用0.9 mol /L 的HCl 对海泡石进行1013172024293643 h 不同时间酸改性,再进行热改性。在吸附时间120 minpH 7.0,离子初始浓度50 mg /L,改性海泡石投加量4 g /L,温度35 ℃条件下,考察不同酸活化时间对改性海泡石吸附效果的影响,结果如图所示。

由图2 可知,改性海泡石对金属离子的吸附性能随着酸活化时间的增加而增强,当活化时间为29 h 时,改性海泡石对金属离子的吸附性能达到最大值,Cu2+Pb2+Zn2+的去除率分别为834%809%788%,在这之后改性海泡石的吸附性能有所下降,这可能是因为酸活化时间过长而使海泡石结晶基本结构遭到破坏,导致吸附能力下降。

图2 酸活化时间对Cu2+Pb2+Zn2+去除效果的影响

3、焙烧温度对Cu2+、Pb2+Zn2+去除效果的影响

采用200、300400450500 ℃不同焙烧温度对已经过酸活化的海泡石进行热改性。在吸附时间120 min,离子初始浓度50 mg /L,改性海泡石投加量4 g /LpH 7.0,温度35 ℃条件下,考察不同焙烧温度对改性海泡石吸附效果的影响,结果如图所示。


图3 焙烧温度对Cu2+Pb2+Zn2+去除效果的影响

由图3 可知,随着焙烧温度的增大,改性海泡石对金属离子的吸附率也逐渐增大,当焙烧温度为450 ℃时,吸附率达到最大值,之后又转而降低。这是因为海泡石在低温处理阶段内部的吸附水(包括纤维间吸附水和孔道内沸石水被消除,在黏土中形成新的活性面,使Si-OH 基转变成Si-O 四面体结构,从而扩大了晶体中的通道,且结构格架不变,比表面积增加,表面活性提高,吸附能力增强。当温度高于450 ℃时,海泡石结晶产生折叠作用,造成表面积减小,更高的温度会使纤维粘结和紧缩,孔道的孔径减小,致使比表面积降低,吸附能力随之下降。

4、初始pH 值对Cu2+Pb2+Zn2+去除效果的影响

在吸附时间120 min,离子初始浓度50 mg /L,改性海泡石投加量4 g /LpH 分别为3.0、5.0、6.0、7.0、8.0、10.0,温度35 ℃条件下,考察初始pH 值对改性海泡石吸附效果的影响,结果如图4所示。

由图4 可知,重金属离子的去除率随着pH 值的升高逐渐增大,且在pH 值达到时,改性海泡石对三种金属离子都有很好的吸附作用,酸度过大会使吸附效果降低,这是因为当pH5.0时,大量的氢离子占据了海泡石的空穴,不利于金属离子吸附,在pH 较高时,水体系中氢氧根离子浓度增加,使水中的部分金属离子Cu2+Pb2+Zn2+与氢氧根结合,生成氢氧化物沉淀,起到了金属离子去除的效果,实验结果证明,pH 等于或大于7.0 是改性海泡石对金属离子吸附的酸度。

图4 初始pH 值对Cu2+Pb2+Zn2+去除效果的影响

5、初始浓度对Cu2+、Pb2+Zn2+去除效果的影响

在吸附时间120 min,离子初始浓度分别为2030405060 mg /L,改性海泡石投加量4 g /L, pH 7.0,温度35 ℃条件下,考察初始浓度对改性海泡石吸附效果的影响,结果如图所示。

由图5 可知,随着重金属离子初始浓度的升高,去除率呈逐渐下降的趋势,这是因为在改性海泡石投加量一定的情况下,对重金属离子的吸附量是有限的,当重金属离子浓度升高时,去除率就相应降低,另外,改性海泡石吸附重金属离子后,表面所带电荷与重金属离子

图5 初始浓度对Cu2+Pb2+Zn2+去除效果的影响

6、Cu2+、Pb2+Zn2+在改性海泡石上的吸附等温线

改性海泡石对Cu2+、Pb2+Zn2+吸附特征可通过Freundlich等温式进行拟合。拟合结果见表1、图6。由表可知,Freundlich方程对Cu2+Pb2+Zn2+拟合的R2值都接近于0.9,能很好描述改性海泡石对金属离子的吸附等温线。Freundlich 方程中1 /n值可作为改性海泡石对金属离子吸附作用的强度指标,其中0.1< 1 /n0.5,表示吸附容易进行,由表可看出,改性海泡石对Cu2+Pb2+Zn2+表现为易于吸附。

图6 Cu2+、Pb2+Zn2+的等温吸附线

表1 改性海泡石对Cu2+Pb2+Zn2+吸附等温线的拟合结果

三、结论

1、经过0.9 mol /L 盐酸中浸泡29 h450 ℃焙烧后的改性海泡石,在初始pH 7.0,温度35 ℃条件下,对50 mg /L Cu2+Pb2+Zn2+去除率分别为834%809%788%

2、改性海泡石对Cu2+、Pb2+Zn2+的吸附特征通过Freundlich等温吸附式进行拟合,且0.1<1 /n0.5,证明改性海泡石对此三种重金属离子表现为易于吸附。

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