蛭石对模拟废水中镍离子的吸附研究

熊安晗，莫文龙，王君华，马亚亚0

（1 中石化中原油田普光分公司，四川达州 635000；2 新疆大学化学化工学院，新疆乌鲁木齐 830046）

蛭石具有两个优点，即热稳定性高和含有多种水合离子。蛭石作为吸附剂、填料、催化剂等已得到广泛利用[1-3]。

蛭石具有优良的吸附、阳离子交换和热膨胀性能，被广泛应用于建筑、环保、农牧业和园艺等领域，其对环境不存在危害，主要作为初级和低附加值材料应用，资源没有得到充分开发[4-6]。而新疆尉犁且干布拉克蛭石矿是世界上少有的几个超大型蛭石矿床之一[1]。研究蛭石的性能及其在吸附领域的应用，对于如何开发利用好这种非金属矿具有重要意义。

本文拟通过考察投加量、溶液pH 值、吸附温度和吸附时间对蛭石吸附模拟废水中镍离子的影响，探讨各因素对蛭石吸附镍离子的基本规律。

1 实验试剂与仪器

1.1 试剂

试验所用试剂如表1 所示。

表1 主要实验试剂 Table 1 The main chemical reagents

1.2 仪器

实验所用仪器如表2 所示。

表2 主要实验仪器 Table 2 The main equipments

2 实验内容

2.1 模拟含镍废水的配制

模拟废水的配制：准确称取0.1975g 硝酸镍Ni(NO3)2·6H2O，溶于装有去离子水的烧杯中，溶解后移入1000mL 容量瓶，用去离子水稀释并定容，摇匀。得到质量浓度为40mg/L 的模拟含镍废水。

2.2 静态吸附试验

在上述配制模拟含镍废水中，加入一定量清洗烘干后的蛭石，调节废水pH 值，在一定温度下搅拌一定时间，离心分离，采用丁二酮肟分光光度法测定上清液中残留Ni2+的浓度，计算蛭石对废水中Ni2+的吸附率。

2.3 吸附率的计算方法

实验中蛭石作为吸附剂吸附金属离子的吸附率可由下式计算得出：

式中：η—蛭石对金属离子的吸附率，%；C0—吸附前溶液含金属离子的浓度，mg/L；C—吸附后溶液含金属离子的浓度，mg/L。

3 结果与讨论

3.1 投加量对蛭石吸附Ni2+的影响

分别称取蛭石样品0.05g、0.1g、0.2g、0.3g、0.4g 和0.5g 于50mL 的锥形瓶中，加入20mL、pH值为7 的40mg/L 的Ni2+溶液（所计算的投加量分别为2.5 g/L、5 g/L、10 g/L、15 g/L、20 g/L 和25g/L），于40℃下在水浴恒温振荡器中往复振荡120min；取出后，于3500rpm 下离心10min，取上清液，测定浓度，并计算吸附率。绘制吸附率-投加量曲线如图1 所示。

由图1 可知，随着蛭石用量的增加，Ni2+的吸附率先升高后趋于稳定。从图中看出，蛭石对Ni2+的吸附率，在投加量为15g/L 后基本达到吸附平衡，高达85%。随后，随着吸附剂投入量的增加，吸附率没有大的改变。这一现象说明，一定量一定浓度的Ni2+溶液的需土量达到一定极限后，吸附率不再增加。考虑到蛭石投加量增加，固液分离困难，影响实验结果，所以选择15g/L 为最佳投加量。

图1 投加量对Ni2+吸附率的影响 Fig.1 The influence of vermiculite additive on the adsorption rate of Ni2+

3.2 pH 对蛭石吸附Ni2+的影响

称取6 组0.3g 蛭石于50mL 的锥形瓶中，加入20mL、pH 值分别为为4、5、6、7、8、9 的40mg/L的Ni2+溶液，于40℃下在水浴恒温振荡器中往复振荡120min；取出后，于3500rpm 下离心10min，取上清液，测定浓度，并计算吸附率。绘制吸附率-pH曲线见图2。

图2 pH 对Ni2+吸附率的影响 Fig.2 The influence of pH on the adsorption rate of Ni2+

由图2 可知，pH 值在4-5 之间Ni2+的吸附率变化很大，从不到20%增加至85%左右，pH 值大于5之后，吸附率变化减缓，基本达到吸附平衡。因此，中性条件操作简单，更适合吸附的进行，故采用pH值等于7 为最佳条件。

3.3 温度对蛭石吸附Ni2+的影响

称取6 组0.3g 蛭石于50mL 锥形瓶中，加入20mL、pH 值为7.0 的40mg/L 的Ni2+溶液，分别于20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃下在水浴恒温振荡器中往复振荡120min；取出后，于3500rpm下离心10min，取上清液，测定浓度，并计算吸附率。绘制吸附率-温度曲线如图3 所示。

图3 吸附温度对Ni2+吸附率的影响 Fig 3 The influence of temperature on the adsorption rate of Ni2+

由图3 可知，蛭石对Ni2+的吸附率随水温的升高先增大后减小，先增大是因为升高水温会使Ni2+的热运动增加，从而与蛭石接触的机会增多，同时在高温下蛭石的表面膨胀也有利于吸附。但是，由于吸附反应是放热反应，水温太高不利于吸附的进行，因此Ni2+的吸附率会随水温的升高而下降。从图中还可以看出，40℃以后吸附率随水温的升高而下降，故以40℃作为最佳的吸附温度。

3.4 吸附时间对蛭石吸附Ni2+的影响

称取6 组0.3g 蛭石于50mL 锥形瓶中，加入20mL、pH 值为7.0 的40mg/L 的Ni2+溶液，于40℃下在水浴恒温振荡器中往复振荡5 min、10 min、30 min、60 min、120 min 和150min；取出后，于3500rpm 下离心10min，取上清液，测定浓度，并计算吸附率。绘制吸附率-吸附时间曲线见图4。

由图4 可知，随着反应时间的延长，蛭石对Ni2+的吸附率越来越大。120min 后，吸附率随时间的变化缓慢，并趋于平衡。由于蛭石在水中的分散性较好，能够在较短的时间内完成对Ni2+的吸附。为实现水的充分净化，本实验采用的吸附时间为120min。

图4 吸附时间对Ni2+吸附率的影响 Fig.4 The influence of time on the adsorption rate of Ni2+

4 结论

通过单因素试验，考察了蛭石对模拟废水中Ni2+的吸附情况，探索了投加量、pH 值、吸附温度和吸附时间对吸附率的影响。

结果表明，投加量在15g/L~20g/L 时，对废水中Ni2+吸附率的增长趋势变弱并趋于平衡；pH 值在4~7 的范围内，蛭石对Ni2+的吸附率随着pH 值的增大而增加，之后基本达到平衡，并达到88.82%的最大值；另外，通过实验选择的适宜吸附温度为40℃，适宜吸附时间为120min。

[1]彭同江，万朴，潘兆橹，等. 新疆尉犁蛭石矿中金云母-蛭石的间层结构研究[J]. 岩石矿物学杂志，1996，15(3)：250-258.

[2]谭光，李晖，彭同江. 蛭石对重金属离子吸附作用的研究[J]. 四川大学学报,2001,33(5):58-61.

[3]刘志强，郭振清. 国内氯碱产业发展分析[J].氯碱工业，2008,44(12):l-8.

[4]田建民.生物吸附法在重金属废水中的应用[J].太原理工大学学报,2000,31(1):74-78.

[5]李晖，谭光群，李瑞. 蛭石对汞的吸附性能研究[J]. 重庆环境科学，2001，23(2)：65-67.

[6]刘云，吴平霄，党志. 柱撑蛭石吸附去除废水中重金属离子的实验研究[J].矿物岩石，2006，26(4)：8-13.