酸改性膨润土处理含铅废水

中　国　矿　业

CHINAMININGMAGAZINE

　Vol.16,No.2

February　2007

酸改性膨润土处理含铅废水

胡恭任　于瑞莲

(华侨大学环境科学与工程系・泉州362021)

　　摘　要:用硫酸对提纯膨润土进行活化改性制得酸改性膨润土,研究了酸改性膨润土处理含Pb2+废水的适宜条件。结果表明:当Pb2+初始浓度为10mg/L时,用土量为8g/L,pH=7,室温,振速180r/

min,吸附时间15mins,酸改性膨润土对Pb2+的去除率可达9916%。处理后pb2+残留浓度低于国家排

放标准。使用过的酸改性膨润土经过再生,其对含pb2+废水的处理效果仍然令人满意。本研究为膨润土的改性及其对含重金属废水的处理提供了重要的参考数据。　　关键词:膨润土　硫酸　酸改性膨润土　含pb2+废水处理　再生

　　中图分类号:X70311　　文献标识码:A　　文章编号:1004-4051(2007)02-0100-03

TREATMENTOFPb2+WASTEWATERBYACID2MODIFIEDBENTONITE

HuGongren　YuRuilian

(DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering,HuaqiaoUniversity・Quanzhou362021)

　　Abstract:Purifiedbentonitewasmodifiedwithsulfuricacidinthispaper.Thenthesuitablecondition

ofremovingpb2+byacid-modifiedbentonitewasstudied.Theresultsshowthatwhentheinitialconcen2trationofpb2+is10mg/L,theremovalratioofpb2+byacid-modifiedbentonitecanreachgreaterthan9916%underthefollowingcondition:thedosageofacid-modifiedbentoniteis8g/L,pH=7,thestirringvelocityis180r/min,theadsorptiontimeis15mins.Theresidualconcentrationofpb2+islessthanthena2tionaleffluentconcentrationlimitafterthetreatmentbyacid2modifiedbentonite.Theefficiencyoftreatmentwasstillsatisfyingaftertheusedacid2modifiedbentonitewasregeneratedandreused.Thisresearchpro2videsvaluabledateforbentonite’smodificationanditsapplicationintreatingheavymetalwastewater.

　　Keywords:Bentonite　Sulfuricacid　Acid2modifiedbentonite　Treatmentofpb2+wastewater　Re2

generation

　　含铅废水是一种对环境污染最严重的工业废水之一,主要来自冶金、五金、蓄电池、机械、涂料电镀和陶瓷等工业排放。传统的处理方法有化学沉淀、离子交换、电解、液膜法等〔1〕,但这些方法往往受原料所限,处理费用较高,难以推广应用。膨润土作为一种新型廉价的水处理吸附剂,具有矿物资源丰富、加工简单、可进行多种改性、同时去除多种污染物、去除效率高等特点,引起人们极大的关注。膨润土处理重金属废水的方法,不但简便、有效、成本低,且重金属在脱吸附时释放率低,较少产生二次污染〔3〕。我国膨润土资源十分丰富,矿储量仅次于美国,居世界第二位,加强和加快这种廉价膨润土资源的开发应用,具有极其重要

〔2〕

的意义〔4〕。本文以H2SO4溶液改性膨润土,以Pb2+溶液为模拟含铅废水,探讨其处理效果及其

影响因素,以期能为实际工程应用提供基础数据。1　实验部分

提纯膨润土购自浙江省地质矿产研究所,主要成分为蒙脱石(>90%),其阳离子交换容量(CEC)为102mmol/100g,比表面积S=63m2・g-1,主要化学成分的质量分数为611%SiO2,19188%Al2O3,2108%Fe2O3,3196%MgO,218%CaO,0102%Na2O和0132%K2O。

铅,硫酸,盐酸,,氢氧化钠,无水亚硫酸钠,盐酸羟胺,柠檬酸氢二铵,氨水,双硫腙,三氯甲烷等,以上试剂均为分析纯。含Pb2+废水用铅和含012%的去离子水配制而

收稿日期:2006-10-11

作者简介:胡恭任(1966-)　男　博士　副教授　主要从事环境地球化学方面的教学与科研工作

成。

改性膨润土的制备。取一定质量的提纯膨润土

第2期胡恭任等:酸改性膨润土处理含铅废水

101

于1000ml烧杯中,按固液比1∶4加入10%的H2SO4溶液,搅匀,在80℃恒温水浴中以300r/min搅拌6h。离心,弃去上层液,用蒸馏水多次洗涤至近中性。置于电热恒温干燥箱中,110℃将土烘干,105℃活化1h,磨细,过160目筛,制得酸改性膨润土。2　结果与讨论

改性前后膨润土层间距的变化。经X衍射结果分析,改性前后膨润土层间距(d00l值)由原来的1146nm增大到1184nm。

211　酸改性膨润土处理Pb2+废水适宜条件的确定

为6～9时,水溶液中H+浓度降低,蒙脱石表面

带负电,对Pb2+的吸附能力增强;由于Pb2+在弱酸性和中性条件下,易发生水解而形成Pb(OH)+,与蒙脱石的亲和力比Pb2+更大,使吸附作用增强。在较高的pH范围(pH>910),Pb2+可能发生部分Pb(OH)2沉淀,水解产物浓度降低,对Pb2+的吸附能力有所下降。另外,pH过高将造成固液分离困难,因此选择pH=7为适宜pH值。

酸改性膨润土用量对Pb2+去除率的影响。在25℃、pH=7、180r/min搅拌15min条件下,酸改性膨润土投加量对Pb2+去除率的影响见表4。

表4　用土量对Pb2+去除率的影响

投土量/g去除率/%

0119316

0129517

0149710

0169813

01916

1109918

吸附平衡时间的确定。在室温25℃、pH=7、

用土量018g、搅拌速度180r/min的实验条件下,搅拌时间对Pb2+去除率的影响结果见表1。

表1　搅拌时间对Pb2+去除率的影响

搅拌时间/min去除率/%

59114

109718

159915

209915

309916

409916

结果可见,Pb2+的去除率随用土量的增加而增大,当用土量达到018g时,Pb2+去除率达到

9916%,此时残留Pb2+浓度远远低于国家规定(GB78-1996)的一类污染物排放标准(1mg/L)。考虑到处理费用,选择018g为适宜用土量。212　等温吸附曲线在适宜实验条件下,改变Pb2+初始浓度,绘制酸改性膨润土对Pb2+的等温吸附曲线,结果见图1。

结果表明,Pb2+去除率开始时随搅拌时间的增加而增大,15min后基本达到吸附平衡。以下实验均选择15min为搅拌吸附时间。温度对Pb2+去除率的影响。在pH=7、用土量018g、180r/min搅拌15min条件下,温度对Pb2+去除率的影响结果见表2。

表2　温度对Pb2+去除率的影响

温度/℃去除率/%

209719

259915

309918

359919

409818

459715

结果表明,在20～45℃温度范围内,Pb2+去

除率随温度的升高先略有升高,而后略有降低,总的来说影响不大,在25～35℃时处理效果较好。考虑到实际操作的可行性,以下实验均在25℃下进行。

pH值对Pb2+去除率的影响。在25℃、用土

图1　酸改性膨润土对Pb2+的吸附等温线

量018g、180r/min搅拌15min条件下,pH值对

Pb2+去除率的影响结果见表3。

表3　pH值对Pb2+去除率的影响

pH值

49113

59517

69819

79915

99916

109814

119718

用Freundlich和langmuir吸附等温式〔6〕对等温吸附曲线进行线性拟合,结果见表5。

表5　等温吸附曲线的线性拟合结果

线型

Freundlich

去除率/%

拟合方程

logG=015057logCe+0160461/G=0108(1/Ce)+010672

相关系数(R2)

019683019874

在pH=4的酸性溶液中,酸改土对Pb离子

的吸附去除率较小。因为此时酸改土颗粒表面更多地吸附了H+,占据了Pb2+的吸附位,表面负电荷减少,降低了酸改土与Pb2+的结合力。在pH

2+

Langmuir

可见,等温吸附曲线既符合Freundlich又符合langmuir等温式,相比而言,langmuir等温式

102

中国矿业

第16卷

拟合结果更好。吸附机理主要为表面吸附和离子交换吸附作用,在吸附过程中存在多种作用力的结果。213　再生实验

将处理过含Pb2+废水的酸改膨润土,用5%硫酸浸泡30min,水洗,回收。对10mg/LPb2+废水进行重复处理,结果见表6。

表6　再生次数对去除率的影响

再生次数去除率/%

19912

29719

39616

49518

59512

水处理中的应用奠定了基础,但其直接用于处理废

水,往往达不到满意的处理效果,而需经一次或多次改性处理,而酸化法为最简单易行的改性方法之一。

本实验中,用硫酸溶液对膨润土进行酸活化,可将蒙脱石层间及八面体中的铁、铝、镁、钙离子溶出,使蒙脱石变成有很多孔洞的骨架(类似分子筛),增强了负电性;另外,酸活化处理可除去分布于蒙脱石通道中的金属氧化物或无机盐等杂质,使孔道得到疏通,有利于吸附质分子的扩散。再者,H原子半径小于Na、Mg、K、Ca等原子半径,因此,体积较小的H+置换蒙脱石层间的Na+、Mg2+、K+、Ca2+等离子,孔容积得到增大,并削弱了原来层间的键力,层状晶格裂开,孔道被疏通,从而增强其吸附性能〔7〕。

4　结论

(1)提纯膨润土经10%硫酸改性后,层间距

可见,用过的酸改土经5%硫酸浸泡再生后,对Pb2+废水处理效果依然很好,可多次重复再生利用。

改性前后膨润土对Pb2+去除效果的比较。在上述所得最佳实验条件下,分别用膨润土原土和酸改土处理含Pb2+废水,得到Pb2+的去除率分别为7519%和9916%。可见,经硫酸改性后的膨润土

对Pb2+的去除效果比原土有了明显提高。

酸改性膨润土处理含Pb2+废水的经济技术比较。用本文所研制的酸改性膨润土处理含Pb2+废水,其效果可与活性炭及离子交换树脂法相媲美。而相对于活性炭和离子交换树脂而言,膨润土具有资源丰富、价格低廉、改性方法简单等优点,因此具有重要的研究价值和广阔的应用前景。本法尚处于实验室研究阶段,应用于实际含Pb2+工业废水的处理,尚需进一步研究和探讨。3　酸改性机理探讨

由原来的1146nm增大到1184nm,增强了其吸附

性能。(2)在Pb2+初始浓度为10mg/L,用土量8g/L,pH=7,室温,180r/min搅拌15mins条件下,

硫酸改性膨润土对Pb2+的去除率可达9916%,处理效果较原土有明显提高。处理后残留Pb2+浓度低于国家排放标准。

(3)我国膨润土资源丰富,价格低廉,在水处理中具有广阔的应用前景。

参考文献

〔1〕　张少峰,胡熙恩.含铅废水处理技术及其展望[J].环境污

染治理技术与设备,2003,4(11):68-71.

〔2〕　李　可,张擎铭,程芳琴.膨润土的改性及在废水处理中的

应用[J].化工环保,2004,24(1):111-113.

〔3〕　WinneMatthes.SorptionofheavymetalcationsbyAland

Zr2hydroxy2interlatedandpillaredbentonite[J].ClaysandClayMinerals.1999,47(5):617-629.

膨润土是一种以蒙脱石为主要成分的粘土矿物。蒙脱石是一种含水的层状铝硅酸盐矿物,由两个硅氧四面体片中间夹一个铝(镁)氧(氢氧)八面体片组成,属于2∶1型的层状粘土矿物。四面体中的Si4+可部分被Al3+置换,八面体中的Al3+可部分被Fe2+或Mg2+置换,使晶层产生永久性负电荷,需吸附可交换性阳离子(Na+、Ca2+、K+、Mg2+、Al3+、H+、Li+等)来保持电荷平衡。吸附的阳离子与晶层间常被水分子所隔,两者结合较松弛,阳离子脱离和吸附所需能量较低,因此这些被吸附的阳离子可被置换,这是蒙脱石矿物具有阳离子交换性的本质。此外,蒙脱石具有巨大的内外表面积,使其具有很强的吸附能力。蒙脱石具有的较高阳离子交换容量和良好吸附性能,为膨润土在

〔4〕　张富韬,方少明,松全元.膨润土在废水处理中的应用综述

[J].工业水处理,2003,23(6):11-13.

〔5〕　国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和

废水监测分析方法(第四版)[M].北京:中国环境科学出版社,2002:380-383.

〔6〕　戴树桂.环境化学[M].北京:高等教育出版社,2001:

121-122.

〔7〕　温淑瑶,张科利,方国华.从矿质组分变化看膨润土酸化改

性机理[J].北京师范大学学报(自然科学版),2001,37

(3):415-418.