滑石对水中Hg(Ⅱ)的吸附性能及机理分析

许云峰，佟天宇，张建中，李 萍

（1. 抚顺职业技术学院 化学工程系，辽宁 抚顺 113122； 2. 辽宁石油化工大学 环境与生物工程学院，辽宁 抚顺 113001）

滑石对水中Hg(Ⅱ)的吸附性能及机理分析

许云峰1，佟天宇1，张建中1，李 萍2

（1. 抚顺职业技术学院 化学工程系，辽宁 抚顺 113122； 2. 辽宁石油化工大学 环境与生物工程学院，辽宁 抚顺 113001）

采用吸附实验方法，研究了滑石对水中Hg(Ⅱ)的吸附性能，探讨了滑石用量、反应时间和溶液pH值对吸附效果的影响，绘制了吸附等温线，并分析机理，结果表明：滑石对水中Hg(Ⅱ)的吸附效果良好，吸附结果均能较好的符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型，主要以表面吸附为主，络合反应也起到了一定的作用。

滑石；Hg(Ⅱ)；吸附；机理

汞在环境中具有较强的毒性和生物累积性，可通过生物过程和非生物过程转化为毒性更强的有机汞，成为人们重点关注的重金属污染物。含汞废水主要来源于电子工业、氯碱工业、冶炼工业等，处理方法[1-3]较多，但吸附法因其技术成熟，操作简单而被广泛应用。滑石是一种含镁硅酸盐矿物，化学式为Mg3[Si4O10](OH)2，化学组成为MgO 31.72%，SiO263.52%，H2O 4.76%。滑石特殊的层状结构[4]和较大的比表面积决定了其具有较强的吸附性能和离子交换性能，因此可以尝试利用滑石去除水中的Hg(Ⅱ)。

1 实验部分

1.1 实验材料

滑石粉（325目），（纯度≥95.00 %，桂林市海达滑石制品有限公司）；硝酸汞Hg(NO3)2·H20，（纯度≥99.00 %，河北邢化试剂厂）；其他常规药品。本实验选用的滑石粉，魏林[5]用 XRD和 FTIR对其结构进行表征，结果如下：（1）滑石粉的比表面积大，粒度细微，主要集中在1.0～15.0 μm之间，且累积分布在 78%以上；（2）滑石粉的特征峰型尖锐明显，清晰可见，滑石粉的质量分数大于95.00%。杂质含量较小。

1.2 实验设备

723原子吸收分光光度计（北京普析通用仪器公司）；DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器（金坛市科教仪器有限公司）；PHS-3C精密pH计 (精度为O.01)(上海同济科教仪器有限公司)；AL204型的电子天平(梅特勒•托利多仪器(上海)有限公司)；外加一些常规玻璃仪器。

1.3 实验方法

1.3.1 吸附剂制备和模拟废水配制

将滑石粉细磨粉碎，过325目筛，烘干去除水分后密封存放，以作实验用的吸附剂。用Hg(NO3)2·H20的分析纯试剂加入蒸馏水配成含Hg2+单组分模拟废水，其质量浓度为100 mg/L。

1.3.2 静态吸附[6]

称取一定质量的滑石粉，放于250 mL烧杯中，再向烧杯中加入100 mL配制好的模拟废水，用磁力搅拌器搅拌一定时间后，平衡一定时间后过滤，用双硫腙分光光度法分析方法测定滤液中Hg2+的浓度，求出Hg2+的去除率。设计标准实验条件为温度20 ℃（一直不变）、质量浓度100 mg/L、滑石用量

5.0 g、反应时间1 h、溶液pH值6.0。

1.3.3 吸附等温线[7]

本实验中，将配制好的100 mL重金属离子的溶液分为10份分别放入10个锥形瓶中，从1号瓶到10号瓶的初始浓度分别为10，20，40，60，80，100，120，140，160，180 mg/L，为计算方便，投加滑石质量为0.1 g，保持温度20 ℃，放在振荡器上振荡一定时间，平衡一段时间后，过滤，测定滤液中重金属离子的浓度。做q—Ce图，得出吸附等温线。

1.3.4 相关计算公式

（1）去除率

废水中重金属离子的去除率计算方法：

T = （C0-Ce）／C0×100%

式中: T—废水中重金属离子的去除率, %；

C0—处理前废水中重金属离子的质量浓度, mg/L；

Ce—处理后废水中重金属离子的质量浓度, mg/L。

（2）吸附量

吸附量可用下式计算：

q =（C0-Ce）V／W

式中: q—吸附量, mg/g；

V—废水体积, L；

W—滑石粉用量, g；

C0—处理前废水中重金属离子的质量浓度, mg/L；

Ce—处理后废水中重金属离子的质量浓度, mg/L。

（3）吸附等温模型[8,9]

Langmuir等温模型方程形式：

q = qmbCe／(1 + bCe）

式中: q—吸附量, mg/g；

Ce—吸附质的平衡浓度, mg/L；

qm—饱和吸附量, mg/g；

b—吸附常数。

Freundlich等温吸附模型方程形式：

q = KCe1/n

式中: q—吸附量, mg/g；

Ce—吸附质的平衡浓度, mg/L；

K—与吸附容量有关的吸附常数；

n—无量纲的与吸附强度有关的系数。

2 结果与讨论

2.1 滑石用量对处理效果的影响

只改变滑石粉加入量，T值随滑石粉加入量变化曲线如图1。

图 1是滑石粉加入量对 Hg2+去除率的变化曲线。滑石粉加入量从1 g增到7 g，Hg2+去除率由34.4 %增到93.8 %；滑石粉加入量从7 g增到10 g，Hg2+去除率增加了4.3 %，此过程Hg2+去除率的变化很小；滑石粉加入量超过10 g曲线趋于平缓，去除率的变化更小，此时接近吸附平衡。

图1 滑石粉加入量对Hg2+去除率的影响Fig.1 Effect of talc dosage on the removal rate of Hg2+

2.2 反应时间对处理效果的影响

只改变吸附反应时间，T值随吸附反应时间的变化曲线如图2。

图2 反应时间对Hg2+去除率的影响Fig.2 Effect of the reaction time on the removal rate of Hg2+

图2是反应时间对Hg2+去除率的变化曲线。图形表明当反应时间由从1 h延长到 5 h时，Hg2+去除率由82.3 %增加到95.5 %，当反应时间从5 h延长到10 h时，Hg2+去除率增加了1.7 %，说明此时反应时间对Hg2+去除率的影响程度变小；反应时间超过10 h后去除率曲线趋于平缓，增加量变化更小，此时已接近吸附平衡。

2.3 溶液pH值对处理效果的影响

在该过程中，不断调整溶液的pH，用PHS-3C精密pH计测量溶液pH值，每次实验前均对PHS-3C精密pH计重新标定。T值随pH值变化曲线如图3。

图3是溶液pH值对Hg2+去除率的变化曲线。图形表明pH值对含Hg2+废水处理效果影响显著。当pH值从3逐渐增加至8时Hg2+去除率由38.8 %增加到91.2 %，当pH值从8增大至10时Hg2+去除率非但没有增加，相反去除率由91.2 %降到

80.6 %，这说明：（1）pH值对含Hg2+废水处理效果影响大；（2）在pH值小于6和pH值大于8时Hg2+的去除率均不高。

图3 pH值对Hg2+去除率的影响Fig.3 Effect of pH on the removal rate of Hg2+

2.4 滑石粉对Hg2+的吸附等温线

Hg2+的吸附等温线如图4，利用最小二乘法计算得出Langmuir和Freundlich方程拟合参数如表1。

图4 重金属Hg2+的吸附等温线Fig.4 Heavy metal Hg2+adsorption isotherm

表1 滑石吸附Hg2+的Langmuir和Freundlich方程拟合参数Table 1 Talc adsorption of Hg2+Langmuir and Freundlich equation fitting parameters

滑石对 Hg2+的吸附结果均能较好的符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型，但从相关系数（R2）的数值来看，对Langmuir等温吸附模型符合程度更好。

3 结 论

3.1 吸附性能

通过吸附实验研究，可以看出滑石粉对水中Hg2+表现出良好的吸附特性。滑石用量、吸附反应时间和溶液 pH值因素对吸附效果影响较大。Hg2+的去除率随滑石粉用量、吸附反应时间的增加而增大，在实验范围内呈正相关。对于溶液pH值因素，Hg2+的去除率随着 pH值的增大呈现出先增大后减小，这说明在强酸或强碱的条件下都是不利于Hg2+的去除。

3.2 机理分析

滑石粉表面具有大量的Mg-O-和OH-键，当滑石粉与废水中 Hg2+充分接触时，Hg2+与 Mg-O-和OH-収生配合作用，使重金属离子固定在滑石粉表面，进而实现重金属离子与水分离，可见表面吸附[10,11]起了主要作用。另外，滑石表面存在的Si-O-Si和O-Si-O等特殊基团，亦能与重金属离子収生络合反应[12]，对滑石去除Hg2+也有一定贡献。

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Analysis on Sorption Properties and Mechanisms of Talc for Hg (II) in Water

XU Yun-feng1, TONG Tian-yu1, ZHANG Jian-zhong1, LI Ping2
（1. Department of Chemical Engineering，Fushun Employee Technique College，Liaoning Fushun 113122, China；2. Department of Environmental and Biological Engineering, Liaoning Shihua University，Liaoning Fushun 113001, China）

Sorption properties of talc for Hg (II) in water were studied. Effects of talc dosage, reaction time and pH on the adsorption were investigated, the adsorption isotherm was drawn, and the adsorption mechanism was analyzed. The results show that, the talc has good adsorption effect for Hg (II) in water，the adsorption results are in accord with Langmuir and Freundlich isothermal adsorption models, the adsorption mechanism mainly is surface adsorption, the complexation reaction also plays a certain role.

Talc；Hg (II)；Adsorption；Mechanism

TQ 028

A

1671-0460（2014）09-1686-03

辽宁省教育厅科学研究一般课题，项目号：L2012434。

2014-03-18

许云峰（1980-），吉林榆树人，硕士，讲师，研究方向：水处理材料开发与应用。E-mail：yun211@126.com。