蒙脫石復(fù)合顆粒吸附劑的制備及處理含重金屬廢水的研究.pdf

1、本課題通過調(diào)查國內(nèi)外蒙脫石研究利用現(xiàn)狀，并參考目前蒙脫石及其它粘土礦物材料制備用作吸附劑的研究基礎(chǔ)上，提出了一種用蒙脫石制備吸附劑的新方法，即以蒙脫石為主要原料，粉煤灰為輔料，工業(yè)淀粉為添加劑，通過人工造粒制成顆粒吸附劑，用于吸附處理含重金屬離子廢水。試驗(yàn)研究了蒙脫石/粉煤灰顆粒吸附材料的最佳制備條件及其處理含重金屬離子廢水的適宜條件，并在此基礎(chǔ)上，對所制備的蒙脫石/粉煤灰顆粒吸附材料進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征及吸附機(jī)理研究。 蒙脫石/粉煤

2、灰顆粒吸附材料的制備研究了蒙脫石/粉煤灰的混合比、焙燒溫度、焙燒時間、添加劑(工業(yè)淀粉)比例、顆粒直徑等因素。通過實(shí)驗(yàn)確定蒙脫石/粉煤灰顆粒吸附材料制備最佳工藝條件為：蒙脫石與粉煤灰的比例7:3，焙燒溫度450℃，焙燒時間為0.5h，添加劑比例為蒙脫石/粉煤灰總質(zhì)量的10％，顆粒直徑為1～2mm。按上述條件所制成的顆粒吸附材料吸附效果好，且散失率低。 蒙脫石/粉煤灰顆粒吸附材料的結(jié)構(gòu)表征采用了X射線衍射分析(XRD)、差熱分析(

3、DTA/TG)及掃描電子顯微鏡(SEM)等先進(jìn)測試技術(shù)。XRD圖譜分析表明蒙脫石/粉煤灰顆粒吸附材料焙燒前后其物相組成基本未發(fā)生變化；DTA/TG分析表明顆粒吸附材料焙燒前后其蒙脫石結(jié)構(gòu)變化不大，主要是失去蒙脫石中的吸附水和層間水；SEM圖像分析顯示未焙燒的蒙脫石/粉煤灰顆粒吸附材料幾乎未見有顯氣孔，有極少量的空洞，而焙燒后的蒙脫石/粉煤灰顆粒微孔結(jié)構(gòu)十分明顯，形狀規(guī)則，孔徑大小約20～50μm。 蒙脫石/粉煤灰顆粒吸附材料去除

4、重金屬離子的適宜條件為：Cu2+在初始濃度為200mg·L-1時，吸附反應(yīng)時間為80min，溫度t=30℃時，投加量為12g·L-1時，pH=5.03時，去除率為92.89％；Zn2+在初始濃度為50mg·L-1時，吸附反應(yīng)時間為60min，溫度t=30℃時，投加量為20g·L-1時，pH=3.00時，去除率為96.27％；Ni2+在初始濃度為50mg·L-1時，吸附反應(yīng)時間為80min，溫度t=30℃時，投加量為24g·L-1時，pH

5、=7.0時，去除率為91.66％。由正交試驗(yàn)研究結(jié)果得知，顆粒對Cu2+去除率的影響因素主次順序依次為：吸附劑投加量>溶液初始pH>吸附反應(yīng)時間>溶液初始濃度；顆粒對Zn2+去除率的影響因素主次順序依次為：溶液初始pH>吸附劑投加量>吸附反應(yīng)時間>溶液初始濃度；顆粒對Ni2+去除率的影響因素主次順序依次為：吸附反應(yīng)時間>溶液初始pH>吸附劑投加量>溶液初始濃度。 蒙脫石/粉煤灰顆粒吸附材料吸附機(jī)理研究表明：吸附基本符合一級反應(yīng)動

6、力學(xué)方程Ct=C0×e—kt，即lnCCu2+=—0.0223t+4.8007,lnCZn2+=—0.0066t+3.03,lnCNi2+=—0.0047t+3.4447。說明液膜擴(kuò)散為吸附過程的主控步驟。以吸附Cu2+為例，吸附劑對Cu2+的等溫吸附曲線符合Langmuir型。吸附熱力學(xué)研究表明△H=-14.34kJ/mol；△S=—29.50J/mol·K；求得常溫下△G=—5.54kJ/mol<0，熱力學(xué)數(shù)據(jù)表明自由能的減少是顆粒

7、吸附劑材料吸附的推動力。 蒙脫石/粉煤灰顆粒吸附材料解吸再生試驗(yàn)分別用1mol·L-1的HNO3、HC1、HC1+NaCl(1:1)、NaCl溶液對吸附飽和的顆粒吸附材料進(jìn)行解吸再生試驗(yàn)，試驗(yàn)研究結(jié)果表明：用1mol·L-1NaCl解吸再生效果最好，經(jīng)過五次再生和重復(fù)使用仍保持較高的去除率，分別為78.63％、82.92％和79.00％，散失率分別為6.12％、7.37％和9.34％。說明所制的顆粒吸附材料重復(fù)吸附處理廢水中重金