改性沸石去除废水中铅离子的探讨

2016-11-18卢麟龙

资源节约与环保 2016年8期

关键词：沸石阳离子烧杯

卢麟龙

（六盘水市环境监测站贵州六盘水553001）

改性沸石去除废水中铅离子的探讨

卢麟龙

（六盘水市环境监测站贵州六盘水553001）

铅是一种危害性极大的重金属元素，广泛存在于自然界。对水体的污染将严重威胁到人类的身体健康，因此需要除去水中的铅离子。本文应用改性试剂对沸石改性，使沸石的离子的交换能力得到提升，从而有效去除铅离子。

改性沸石；铅离子；去除

水体中的铅离子严重影响到人们的正常生活，一般应用离子交换法和化学沉淀法，其中离子交换法具有更高的效益。天然沸石虽然有良好的离子交换能力，其实天然沸石在实际的使用之中的离子交换的容量并不能够使得正常的生产需求得到很好的满足。为了提高天然沸石的使用性能，在实际的使用之中人们开始尝试借助改性剂对天然沸石离子交换能力进行改进。经过多次的实践以及实际应用，终于总结出了对于NaCl的使用，可以使得天然沸石的改性结果获得相对满意的效果。与此同时，还发现天然沸石在与铅离子进行平衡性的容量交换时可以产生出0.5135mmol/g的效果，本文重点对试验方法进行了研究，以期为相关工业生产提供理论研究依据。

1　天然沸石的加工与改性

1.1天然沸石的工业加工方法

天然沸石工业加工过程中，按照一定的粒径标准将天然沸石原矿粉碎，然后将其放置到盐酸亦或者是硫酸的溶液中浸渍适当的时间，在其充分的中和反应之中再把该矿体以水作为介质进行煮沸的加工，在煮沸达到满意的效果之后再将该矿样进行干燥以及焙烧的处理，如此一来，在这一系列的处理程序之后，天然沸石的离子吸附能力以及交换能力均得到质的提升[1]。

在处理过程中，需要对天然的原矿进行粉碎，粉碎的标准是达到5～80目的范围,因为处理的粒径在超过5目时对其进行浸渍的处理时并不能很好的浸透到晶体的内部之中，也不能清除孔道结构中的杂质和可溶性物质，会对后期离子交换性能产生影响。如果粒径小于80目，使用过程中不能满足要求，颗粒过小易被吹散，成品率和经济效益较低。

处理过程中应用的酸浓度一般控制在4%～10%内，浸渍时间在10h～20h内，有效去除可溶性物质和杂质。

经上述方法处理过的沸石，需要再经过干燥和焙烧步骤，避免残留在孔道内的水分破坏到晶体的结构，因为如此会对矿样原本的吸附能力产生不可控的影响，焙烧温度控制在250℃～500℃。

1.2天然沸石的改性处理方法

以下将以沸石非骨架的远景改性为例进行相关说明，实际应用的例子交换法视具体而定有不同的方式，常见如固态的离子交换法、水溶液交换法、非水溶液交换法、熔盐交换法等。

从性能看，沸石可以借助阳离子对晶体电场、酸碱性以及孔道的结构实现想要的调整，从而达到对其性质的改变，以及改善沸石吸附离子和交换离子的能力，本研究中主要介绍水溶液交换法和固态离子交换法。

水溶液交换法是最常用的离子交换方法。沸石与某金属的盐水溶液结合后的离子交换过程如下所示。

其中A+为沸石阳离子，Z-为沸石的骨架，B+则为盐溶液金属阳离子。为了实现交换程度的提升，可以进行间歇式的多次交换，交换后需进行过滤及洗涤，之后进行二次交换，盐溶液中的金属阳离子经过多次交换后达到所需的要求。离子交换过程中，为了保证阳离子将沸石中的阳离子交换出来，需要保证阳离子和沸石中的阳离子类型相同，同时需要严格控制交换温度、物质的浓度、物质的用量和溶液的pH值等。水溶液交换方法也存在一定的缺陷，在将金属离子引入到沸石中的同时，交换时间较长，交换工作完成后需要重点处理交换后的盐溶液，另外溶液中还有一些不稳定的离子不能交换到沸石中。

固态离子交换方法为沸石的改性工业创造了新的路径，将沸石和金属氯化物或金属氧化物充分混合，之后经过高温焙烧，通过水蒸气处理，满足改性需求。盐中的阴离子会影响固态反应，金属氯化物在反应过程中也会生产易挥发的物质HCI,可以进一步促进交换反应的进行，固态离子交换法可以克服溶液离子交换法中的问题，应用前景十分广阔。

2　沸石改性实验

2.1沸石原料处理

天然沸石中存在一定量的有机物杂质和可溶性的无机盐杂质，影响晶体孔道，降低了沸石的离子交换能力和材料的耐热性。处理可溶性无机盐杂质的过程中，一般应用酸碱浸泡的方法去除；处理有机物杂质时，一般应用焙烧的方法去除。应用酸碱溶液的同时，将浓度控制在5%～10%。浓度较低的酸碱溶液将不能满足生产需求，浓度较高的酸碱溶液将会破坏沸石的晶格结构，也会在处理尾液的过程中遇到困难。同时需要将焙烧的温度严格控制在250℃～450℃范围，避免温度过高影响离子的交换能力[2]。

取出一定量的沸石，在400℃环境下焙烧约6h，取出后冷却。将焙烧后的沸石置于烧杯中，加入一定量的盐酸溶液，盐酸溶液的浓度控制在8%左右，同时保证盐酸溶液浸没原料并高出原料3cm以上，为试验过程提供充足的搅拌空间。

之后将烧杯移至恒温磁力搅拌设备上，将环境温度控制在25℃，搅拌时间为16h，保证酸溶液完全浸入到颗粒内部。停止搅拌后静置，保证沸石颗粒完全沉降，及时将上层酸液导出。之后加入清水浸没沸石颗粒，为沸石颗粒提供充足的沉降空间，之后重新搅拌1h后静置沉降，导出上层溶液，应用这种方法经上层溶液调至中性。之后应用去离子水反复洗涤沸石颗粒，直到上层溶液澄清，过滤再进行干燥处理，即可取出备用。

2.2沸石改性

2.2.1将经过处理的沸石称量50g投入准备好的烧杯之中，然后把2mol/L已经配制好的KCl溶液缓缓倒入至该烧杯之中，需要能没过该沸石颗粒达到5cm左右，同时还需要有能进行良好搅拌的充足空间。

2.2.2将该烧杯放到恒温的磁力搅拌设备上，保证该烧杯在25℃的条件下充分搅拌10h。

2.2.3停止搅拌后沉降，完全沉降后导出上层溶液。

2.2.4舍弃离子水，对沸石颗粒进行清洗，确保上层的溶液在澄清后对其进行导出以及过滤的处理。

2.2.5对上述步骤进行重复处理，对滤产物用配制好的2mol/LKCl溶液进行浸渍的处理，转换成钾型的沸石处理成功。

2.2.6将过滤产物在105℃的条件下干燥约4h，即可取出备用。

与KCl改性方法相同,NaCl、CaCl2和NH4Cl改性之后可以将过滤产物转换为转化成钠、钙、铵型沸石。

上述改性方法充分应用离子交换性能，主要是应用改性剂中的阳离子交换沸石中的阳离子，保证其转换为阳离子型的沸石。

3　改性沸石与铅离子交换实验

应用已经改性的沸石与稀硝酸溶液反应，实现离子交换，现以钠型沸石为例，论述改性沸石与铅离子的交换过程。

(1)称取一定量的硝酸铅置于1000mL烧杯中，之后注入适量蒸馏水搅拌均匀，最后定容1000mL。(2)称取30g钠型沸石加入烧杯中，将事先准备好的铅离子选择性电极插入其中。(3)将溶液的pH值控制为3，在20℃环境条件下连续搅拌，将搅拌速度控制在150r/min。(4)每隔相同时间读取一次铅离子的浓度，及时做好记录。(5)大约90min后停止搅拌，记录铅离子此时的浓度数值。（6）待沸石颗粒沉降之后处理掉上层的溶液，测其中钠离子浓度值并进行记录。(7)去离子水洗涤沸石3次，再进行过滤以及干燥（4h）的处理。试验重复两次，取平均值为最终的数据。（8）在20℃恒温条件下，将溶液的pH值分别控制在5、7、9,将环境温度控制在50℃左右，重复上述试验。