盐酸改性凹凸棒石对废水中六价铬的吸附研究

2022-08-01斯少杰

广州化工 2022年13期

斯少杰

(绍兴市环保科技服务中心，浙江绍兴 312000)

在各种有机无机污染物中，重金属离子有毒和致癌的性质，在水生环境中低浓度但毒性较大的存在受到极大的关注。六价铬是最显著的重金属毒素，毒性比三价铬高100倍，更易被人体吸收而且在体内富集，可通过呼吸道、消化道、皮肤黏膜进入人体。凹凸棒石，是一种具有层链状结构的黏土矿物，含水富镁铝硅酸盐，化学式为：Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O[1]，其晶体结构是属于双链和层状硅酸盐结构为2:1型粘土矿物的过渡形式，在1940年由Bradley[2]提出，如图1所示。其特殊的结构被广泛应用于各种领域。凹凸棒石具有吸附性[3]、催化性、离子交换性[4]。通过改性可增强凹凸棒石的吸附性能，提高凹凸棒石的吸附效果。汪开明等[5]利用凹凸棒石制备催化氧化剂用来处理染料中间体废水，COD去除率最高达到72.3%，脱色率可以达到87.5%～99.8%，处理效果较高，而且成本低廉，仅为活性炭处理的5%。周守勇等[6]用磷酸改性凹凸棒石对Pb2+作吸附研究，结果表明9 mol/L的磷酸改性凹凸棒石对Pb2+的吸附效果最好，并且在pH=5、投加量为20～30 g/L时，废水中Pb2+去除率接近99%。张静[7]利用双氧水改性活性炭纤维，改变其表面官能团及孔结构，使其比表面积和表面含氧官能团显著增加，对Cr6+的吸附量可达40.24 mg/g。陈冬梅等[8]将有机物与凹凸棒石混合，在隔绝空气的情况下低温煅烧，得到碳化改性凹凸棒石，并做处理。利用改性凹凸棒石对含铬废水进行处理，可有效防治铬污染，减少含铬废水对人体的危害。

图1 凹凸棒石晶体结构

1 材料与方法

在不同环境条件：溶液pH值、反应温度、吸附剂投加量，研究盐酸改性凹凸棒石对六价铬吸附去除率的影响，确定吸附最佳工艺条件。本实验采用二苯碳酰二肼分光光度法[9]。

1.1 实验材料

TU-1901双光束紫外可见分光光度计、分析天平、pH计、烘箱、水浴锅；20 mg/L六价铬标准溶液、无水乙醇、二苯碳酰二肼、邻苯二甲酸酐，试剂为国药试剂，标液采购自坛墨质检。

1.2 实验步骤

1.2.1 盐酸改性凹凸棒石的制备

凹凸棒石与2 mol/L的盐酸按固液比1:10混合，在60 ℃下水浴反应3 h，抽滤或离心，再用蒸馏水洗至pH约为6，在105 ℃下烘干，冷却后再粉碎至200目，得到盐酸改性凹凸棒石样品。

1.2.2 单因素实验

取5个250 mL锥形瓶，分别加入100 mL浓度为20 mg/L的Cr6+溶液，调节pH值，再加一定量盐酸改性凹凸棒石样品，在一定温度水浴下搅拌一定后过滤，取上清液0.5 mL到比色管中，加水稀释到50 mL。通过调节pH、温度及改变投加量测定吸附后的Cr6+浓度。

1.2.3 吸附平衡容量和去除率的计算

式中：qe——吸附平衡容量，mg/g

c0——溶液原始浓度，mg/L

ce——平衡浓度，mg/L

V——溶液体积，L

W——吸附剂投加量，g

式中：c0——吸附前Cr6+的初始浓度，mg/L

c——吸附后Cr6+的剩余浓度，mg/L

2 结果与分析

2.1 标准曲线的绘制

Cr6+浓度与吸光度的数据见下表1所示，以Cr6+浓度为横坐标，吸光度为纵坐标做标准曲线，见图2所示。

表1 六价铬标准曲线

图2 六价铬标准曲线

2.2 溶液pH值对其吸附水中六价铬的影响

研究了在Cr6+原始浓度、反应温度、搅拌时间、吸附剂投加量一定的情况下，3～11的pH值宽度范围内，盐酸改性凹凸棒石对六价铬的吸附效果。表2详细记录了溶液pH值与去除率的数据。图3描述了pH值对盐酸改性凹凸棒石吸附六价铬的能力的显著影响，可以看出，溶液pH值对六价铬去除率影响较大，在溶液pH值小于7时，去除率随着pH的增加而增加；在pH值等于7时，六价铬的去除率最大，达到59.40%；在pH值大于7时，六价铬去除率又有所降低。

表2 溶液pH值对Cr(Ⅵ)吸附率的影响

图3 溶液pH值与Cr(Ⅵ)去除率之间的关系曲线

2.3 温度对其吸附水中六价铬的影响

在其它条件不变的情况下，进行了不同温度的吸附实验。根据表3的数据，作Cr6+去除率与与温度之间的曲线，如图4所示，当温度从30 ℃升到50 ℃时，Cr6+去除率也随之上升，到50 ℃时达到最大值60.06%，当再升温时，Cr6+去除率又有所减少。因此，温度对盐酸改性凹凸棒石吸附水中六价铬的影响较大，当温度控制50 ℃时，吸附最佳。

表3 温度对Cr(Ⅵ)吸附率的影响

图4 反应温度与Cr(Ⅵ)去除率之间的关系曲线

2.4 投加量对其吸附水中六价铬的影响

表4详细记录了在溶液初始浓度、pH值、反应温度、搅拌时间一定的情况下吸附剂投加量对六价铬去除率的实验数据。从图5可知，在一定范围内，水体中Cr6+的去除率随盐酸改性凹凸棒石的量增加而增大，但投加一定的量后，Cr6+去除率趋于平稳，接近于水平直线，因此盐酸改性凹凸棒石最佳用量为2.0 g。

表4 吸附剂投加量对Cr(Ⅵ)吸附率的影响

图5 吸附剂投加量与Cr(Ⅵ)去除率之间的关系曲线

3 讨论

刘云等[10]用酸化凹凸棒石粘土对废水中的Cr6+的作吸附研究，结果表明盐酸活化浓度为2 mol/L、凹凸棒石投加量为0.80～1.00 g、溶液pH=3～11时对Cr6+的去除率能达到85%以上，为最大，并且对电镀废水中Cr6+的处理效果较好，能达到国家排放标准。岳新莲等[11]通过盐酸改性凹凸棒石对废水中Cr6+的吸附研究，确定了当盐酸浓度为2.2 mol/L，投加量为0.5 g，振荡时间为15 min，水样pH=10时，吸附Cr6+最佳。与之对比，本实验新增了温度、pH值对吸附效果的影响，但是没有研究不同盐酸浓度改性凹凸棒石对吸附Cr6+的影响。本实验通过2 mol/L盐酸改性凹凸棒石对废水中Cr6+的吸附研究，确定了当pH=7，温度为50 ℃，投加量为2 g，吸附Cr6+最佳，去除率达到60%以上，但并未达到预期效果。