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凹凸棒石复合吸附剂处理含锌电镀废水的研究

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-20  浏览次数:919

凹凸棒石复合吸附剂处理含锌电镀废水的研究

付桂珍,武素华

(武汉理工大学资源与环境工程学院,武汉430070)

摘要:以凹凸棒石和粉煤灰为原料,添加一定量的粘结剂混合造粒制成复合颗粒吸附剂,用于处理含Zn2+废水。实验研究了吸附材料的投加量、吸附反应时间及pH值对颗粒复合材料对锌离子吸附去除率的影响。通过正交试验研究得出凹凸棒石/粉煤灰颗粒复合材料优化吸附工艺条件为:颗粒吸附材料投加量为0.05g/mL,溶液pH为8,吸附反应时间为60min。处理含锌离子浓度为13.86mg/L的电镀废水,锌离子去除率达到87.79%,处理后残留锌离子浓度为1.692mg/L,达到国家污水综合排放一级标准。

关键词:凹凸棒石;粉煤灰;锌;吸附

中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1671-4431(2010)19-0098-04

凹凸棒粘土是指以凹凸棒(Attapulgite)为主要成分的一种粘土矿物。它是一种具有独特性能的层链状分子结构的含水富镁铝硅酸盐矿物。它具有独特的层链状晶体结构和十分细小(约0.01μm×1μm)的棒状、纤维状晶体形态。凹凸棒粘土具有独特的分散、耐温、耐盐碱等良好的胶体性质和较高的吸附脱色能力,具有一定的可塑性和粘结力,使其在各行各业得到广泛应用。凹凸棒土在净化重金属污水及印染废水的脱色中,用量小,并且适用的pH范围广,效率高,是一种价格低廉的废水处理剂。电镀是工业上通用性强、涉及面广的行业之一,几乎所有工业部门都有电镀加工。由于其跨行业分散在各工业部门,缺乏统一的协调和规划,加之工艺比较落后,技术力量薄弱,装备得不到更新,因此电镀厂每年要排放大量的电镀废水,重金属离子是电镀废水中的重要污染物,如不加以治理,将对环境造成严重的污染。

实验的目的就是通过制备具有高吸附性能的凹凸棒/粉煤灰复合颗粒吸附剂,吸附电镀废水中的锌离子,探讨各不同条件下的吸附性能,寻求最佳的处理工艺条件,使重金属离子得以去除,以寻求经济、高效、可行的重金属处理方法。

1实验

1.1原料

试验采用的凹凸棒石原矿取自安徽明光官山,属沉积型凹凸棒石,其主要成分为SiO2,Al2O3,MgO,H2O等;经武汉理工大学材料测试中心分析其化学成分为:SiO2:55.6%,Al2O3:9.0%,Fe2O3:6.70%,TiO2:0.63%,CaO:1.95%,MgO:11.35%,

K2O:1.30%,Na2O:0.11%,MnO:0.63%,烧失量:11.80%,总计:99.05%。

试验所用粉煤灰取自湖北武汉某火力发电厂的干排粉煤灰。经武汉理工大学材料测试与研究中心X射线荧光光谱仪定量分析其化学成分为SiO2,Al2O3,MgO,H2O等;经武汉理工大学材料测试中心分析其化学成分为:SiO2:38.66%,Al2O3:20.86%,Fe2O3:4.25%,TiO2:0.98%,CaO:18.94%,MgO:1.21%,

K2O:1.81%,Na2O:0.42%,SO3:3.33%,P2O5:0.35%,烧失量:8.64%,总计:99.45%。将凹凸棒石、粉煤灰、添加剂、水按一定比例混合,混合时注意应先将凹凸棒粉末与粉煤灰充分混合,陈化24h,手工制成粒径约1~2mm颗粒,制作完成后,将球形颗粒在自然条件下风干约40min,然后在105℃干燥箱内烘干约40min,最后置于马弗炉中焙烧30min成型,冷却后即得到所需颗粒吸附材料。

1.2主要的实验设备及试剂

主要的实验设备有电子天平,回转吸附反应槽,分光光度计,马弗炉和电热恒温干燥箱。

主要的实验试剂为七水硫酸锌(ZnSO4·7H2O),抗坏血酸(C6H8O6),氟化铵(NH4F),L-半胱氨酸(NH4F),L-半胱氨酸(L-C6H12N2O4S2),无水乙酸钠(CH3COONa),冰乙酸(CH3COOH),二甲酚橙(C31H32N2O13S),品级均为AR级。

2结果与讨论

2.1pH值对吸附效果的影响

取100mL水样于5个250mL的锥形瓶中,室温下调节其pH值依次为2,4,6,8,10,加入凹凸棒/粉煤灰复合吸附颗粒吸附剂,将上述5个锥形瓶置于吸附反应频率为120r/min的回转吸附反应槽上吸附反应60min后,过滤测定滤液中残余锌离子浓度。测定结果见图1所示。

 

 

 

由图1可以看出,pH对凹凸棒/粉煤灰复合吸附颗粒吸附废水中锌离子的影响显著。当pH=2左右时,吸附效果不理想;当pH>7时,吸附效果变化不显著;当pH=6时,吸附去除率为85.20%,残留的废水中锌离子浓度为2.05mg/L,pH=8时,吸附去除率为88.11%,残留的废水中锌离子浓度为1.65mg/L。故在中性环境下凹凸棒/粉煤灰复合颗粒对锌离子的吸附效果较好。基于以下2点考虑:1)从吸附效果上看,pH在中性附近时,处理效果较好;2)在废水处理中,pH本身也是一项控制的指标,排水一般要求达到中性。故取最适宜pH=7。

2.2吸附剂用量对吸附效果的影响

取100mL水样于5个250mL的锥形瓶中,在室温下调节其pH=7后,依次在锥形瓶中投加1g,3g,5g,7g,9g凹凸棒/粉煤灰复合吸附颗粒,将上述5个锥形瓶置于吸附反应频率为120r/min的回转吸附反应槽上吸附反应60min后,过滤测定滤液中的残余的锌离子浓度。测定结果见图2所示。

 

 

 

从图2可以看出:随着凹凸棒/粉煤灰复合吸附材料的增加,吸附去除率逐渐增大。当吸附剂投加量较低时,吸附效果显著增加,当吸附剂投加量为0.05g/mL时,吸附去除率为87.30%,残留的废水中锌离子浓度为1.76mg/L;当吸附剂投加量大于0.05g/mL时,吸附率增加不显著。故取吸附剂投加量为0.05g/mL为宜。

2.3吸附反应时间对吸附效果的影响

取100mL水样于5个500mL的锥形瓶中,在室温下调节其pH=7后,在每个锥形瓶中投加凹凸棒/粉煤灰复合吸附颗粒,将上述5个锥形瓶置于吸附反应频率为120r/min的回转吸附反应槽上分别吸附反应20min,40min,60min,80min,100min后,过滤测定滤液中的残余的锌离子浓度。测定结果见图3所示。

 

 

 

从图3可以看出:随着吸附反应时间的延长,吸附去除率逐渐增大。吸附时间从20min到40min时,吸附效果显著,当吸附时间为40min时,吸附去除率为87.95%,残留的废水中锌离子浓度为1.67mg/L;当吸附时间大于40min时,吸附效果不显著。因此取最佳吸附反应时间t=40min。

2.4正交试验

上述探讨了各个单因素(pH值、颗粒吸附剂用量、吸附反应时间)对凹凸棒/粉煤灰复合吸附材料吸附锌离子效果的影响,初步确定了单个试验条件值,但那只能反映单个试验因素作用下凹凸棒/粉煤灰吸附材料去除电镀废水中锌离子的吸附去除率的变化趋势。因此为了探讨在各因素的综合作用下凹凸棒/粉煤灰吸附材料去除锌离子的优化条件,进行了3个因素3个水平的正交试验[5]。其正交试验因素见表1所示。

正交试验及其结果如表2所示。

 

 

 

由表2极差分析可以看出:凹凸棒/粉煤灰颗粒吸附剂的投加量对废水中锌离子吸附性能的影响最显著。3种因素的影响程度顺序为:颗粒吸附剂投加量>吸附反应时间>pH值,说明在废水处理中控制凹凸棒/粉煤灰的投加量至关重要,这不仅关系到处理效果的好坏,而且关系到处理成本的高低。

由表2正交试验结果可以看出,编号5的处理效果最好,锌离子的吸附去除率达到87.79%,吸附后的废水中锌离子浓度仅为1.692mg/L,低于国家污水综合排放标准(GB8978-1996)中的一级标准(2mg/L)。

3结语

综上所述,通过正交试验研究结果表明:颗粒投加量、吸附反应时间和pH值3种因素对电镀废水中锌离子吸附性能影响程度顺序为:颗粒投加量>吸附反应时间>pH值。由此确定凹凸棒/粉煤灰颗粒复合材料优化吸附工艺条件为:颗粒吸附材料投加量为0.05g/mL,吸附反应时间为60min,溶液pH为8。颗粒吸附材料在上述优化工艺条件下处理含Zn2+浓度为13.86mg/L的电镀工业废水,其残留浓度低于国家污水综合排放标准。

参考文献

[1]许冀泉.江苏六合小盘山凹凸棒粘土的发现及其意义[J].科学通报,1980,25(11):513-515.

[2]杨利营,盛京.凹凸棒粘土的研究开发与应用[J].江苏化工,2001,29(6):33-37.

[3]许干,杜卫刚,周伟,等.改性凹凸棒土净化含铬废水的研究[J].天津化工,2007,21(6):58.

[4]唐受印,汪大.废水处理工程[M].北京:化学工业出版社,1998.

[5]吴翊,李永乐,胡庆军.应用数理统计[M].长沙:国防科技大学出版社,1995.

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