硅藻土负载单宁酸及其在含铬废水处理中的应用

摘 要：硅藻土（DE）具有孔隙度大、吸收性强、化学性质稳定、耐磨、耐热等特点。单宁酸（TA）上由于存在多个邻位上的酚羟基，因此单宁酸能够与金属离子发生络合反应。单宁酸与金属离子络合所形成的多元环螯合物一般具有不同的颜色，可以在不同的pH条件下生成沉淀，从而利于金属离子的分离和去除。本课题采用硅藻土负载单宁酸，再将所得的硅藻土负载单宁酸（TADE）用于模拟含铬废水及工业含铬废水处理，并对其机理进行探究。

关键词：单宁酸；硅藻土；去除；Cr（Ⅵ）

一、 绪论

（一） 研究背景

这些年，我国水环境随着工业的发展持续恶化，屡屡出现因为污染引起的缺水和安全事故。由于吸附法对进水的预处理要求高，吸附剂的价格昂贵，因此在废水处理中，吸附法主要用来去除废水中的微量污染物，达到深度净化的目的。

（二） 硅藻土的性质及改性方法

国内外研究采用的改性剂多为各种季铵盐阳离子。经改性硅藻土表面带负电荷，由于静电作用，具有强烈的吸附能力。

（三） 单宁酸（TA）性质及其在水处理中的应用研究进展

单宁酸上存在多个邻位上的酚羟基，因此其能同金属离子之间发生络合反应。一般情况下，反应所形成的多元环螯合物会生成不同的颜色，在不同的pH条件下会生成沉淀，从而利于金属离子的分离和去除。

二、 单宁酸标准曲线的绘制及TADE合成制备

（一） 单宁酸标准曲线绘制

本实验采用276nm处吸光度作为单宁酸浓度的测定指标。

（二） 硅藻土负载单宁酸（TADE）的制备

称取硅藻土（DE）放入锥形瓶中，加入单宁酸水溶液并调节pH，控制转子转速及温度，匀速搅拌3h，使硅藻土和单宁酸溶液混合均匀，形成硅藻土负载单宁酸（TADE），静置，将悬浊液离心分离。测定残余单宁酸浓度，另将沉淀烘干。样品破碎并研磨，取过150目筛样品放置在磨口瓶中备用。

计算单宁酸负载量QDE，e=（CTA，1-CTA，2）*VTA/mDE。

式中，QDE，e为DE对单宁酸的负载量（mg·g-1），CDE，1和CDE，2分别为单宁酸初始浓度和反应平衡后浓度（mg·L-1）。

通过数据可以得出，硅藻土负载单宁酸的量随着pH值的增大而显著增大。硅藻土的带电性及pH对单宁酸的水解的影响决定了硅藻土对单宁酸的吸附性。pH值增大，单宁酸水解程度增大，体现了更强的离子性，单宁酸表面带负电荷量随之增大。

三、 实验分析方法及结论

（一） 不同因素对硅藻土负载单宁酸吸附Cr（Ⅵ）的影响

改变改性硅藻土上单宁酸含量、溶液pH值，水样初始浓度变化对改性硅藻土吸附Cr（Ⅵ）影响。硅藻土负载单宁酸吸附效果实验数据主要用去除率、吸附容量来表达。

（二）

1. 硅藻土负载单宁酸浓度对Cr（Ⅵ）的吸附影响

试样采用水样中含Cr（Ⅵ）初始浓度为100ppm在中性条件下比较天然硅藻土与改性硅藻土对Cr（Ⅵ）的影响。得到如下实验数据：

控制pH在中性条件，随着单宁酸初始浓度的增加，制备的TADE对于Cr（Ⅵ）的去除率增大，Cr（Ⅵ）的去除率与单宁酸的负载量成正比关系，因此单宁酸的浓度在去除 Cr（Ⅵ）的反应中有着很大的影响。但是，单宁酸浓度过大会造成水体中的COD增大，引起二次污染。

2. pH值的影响

试样采用水样的初始浓度是100ppm，得到pH值变化对自然土和改性硅藻土吸附Cr（Ⅵ）的影响数据如下表：

当pH=2时，Cr（Ⅵ）的去除率为48.5%。Cr（Ⅵ）的去除率随着pH的增大而减小，Cr2O2-7与HCrO-4之间存在一个动态的平衡。

3. 水样中含Cr（Ⅵ）初始浓度的影响

4. Cr（Ⅵ）的初始浓度对硅藻土负载单宁酸吸附影响

水样中Cr（Ⅵ）的初始浓度，对于TADE去除Cr（Ⅵ）有着很大的影响，当Cr（Ⅵ）浓度由50ppm提高到100ppm时候，TADE的吸附率增加了15%，当随着Cr（Ⅵ）浓度增大至超过TADE所能酯化的量时，吸附率下降。

5. 正交实验

根據上述实验，在选择上述影响因素设计相应33正交实验：1. TADE吸附Cr（Ⅵ）不同浓度单宁酸溶液进行改性；2. TADE在不同pH下吸附；3. 水样的初始浓度。

（三） 结论

水样中初始Cr（Ⅵ）浓度对于TADE吸附Cr（Ⅵ）的影响因素较大，TA溶液浓度和pH值对于Cr（Ⅵ）的吸附也有一定的影响。经实验得到TADE去除Cr（Ⅵ）的最佳方案是：当合成TADE时TA浓度为200mg/L，反应体系中pH值为4，水样中Cr（Ⅵ）初始浓度为200ppm，改性硅藻土对于Cr（Ⅵ）的去除效果较其他组合明显。

参考文献：

[1]杜玉成，叶力佳，刘燕琴.硅藻土吸附重金属离子Cd2+的动力学研究[J].中国非金属矿工业导刊，2004，38（1）：38-40.

[2]An J H， Dultz S. Adsorption of tannic acid on chitosan—montmorillonite as a function of pH and surface charge properties[J]. Applied Clay Science，2007，36：256-264.

作者简介：

王晗怡，江苏省无锡市，江苏省惠山中等专业学校。