粉煤灰合成沸石及吸附/电场辅助吸附处理Ni2+废水特性研究

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电厂煤灰是热电厂煤燃烧后形成的固体废弃物,含有丰富的硅源和铝源,是制备沸石分子筛重要的替代原料。以粉煤灰为原料制备沸石分子筛,作为吸附剂处理重金属废水,不仅能实现固体废弃物的资源化利用,同时为重金属废水的处理提供了一种高效、廉价的吸附材料,具有重要的经济效益和环境效益。本文以热电厂固体废弃物粉煤灰为原料,采用碱熔水热法制备了NaA型沸石分子筛,采用SEM、XRD、FT-IR、TG等分析手段对合成产物进行了表征。合成沸石作为吸附剂处理Ni2+废水,试验了吸附时间、离子浓度和沸石用量等因素对处理Ni2+模拟废水和实际废水吸附性能的影响;并研究了电场对合成沸石吸附Ni2+的影响特性和其影响机制,主要研究结论如下:(1)碱熔水热法合成了NaA型沸石分子筛,优化的合成工艺参数为碱灰比1:1,煅烧温度650℃,液固比7:1,晶化温度100℃。物相分析表明NaA型沸石分子筛具有规则的立方体结构,颗粒分布均匀,BET测试沸石分子筛的比表面积为90.043 m2/g,并具有良好的热稳定性。(2)合成NaA型沸石吸附处理Ni2+模拟废水,表现出较好的Ni2+吸附性能,优化的吸附处理工艺为:初始Ni2+浓度为100 mg/L的溶液时,合成沸石的添加量为2 g/L,溶液pH值为7,吸附时间为3 h,Ni2+去除率达到94%,最大Ni2+吸附量达48.150 mg/g;同时NaA型沸石表现出良好的再生性能,采用1 mol/L HCl溶液解吸处理,循环使用5次,吸附量仍达到41.55 mg/g。合成沸石对Ni2+的吸附速率由化学吸附控制,吸附模型与Langmuir等温吸附模型基本吻合,吸附行为满足拟二级动力学方程。(3)合成NaA型沸石电场辅助吸附处理Ni2+废水表现出优异的Ni2+吸附性能。Ni2+浓度为100 mg/L的模拟废水时,在电场强度为0.8 V/cm,NaCl浓度为1 g/L,溶液初始pH为6的条件下,沸石对Ni2+的吸附量可达到64.44 mg/g,比该条件下无电场作用时的吸附量提高了53.17%,饱和吸附时间缩短了50%;其中,电场强度、电解质浓度和溶液pH对沸石吸附性能影响显著。施加电场后,NaA型沸石吸附剂结构不发生明显改变,但可有效增强重金属Ni2+的电迁移作用,加快吸附速率,同时发现电场对沸石吸附剂具有扩孔作用,可增大吸附剂比表面积和孔体积,协同提高Ni2+吸附性能。(4)粉煤灰合成的沸石分子筛处理实际电镀废水,当合成沸石的添加量为8 g/L,电镀废水pH值为7时,经240 min吸附后,电镀废水中Cu2+、Zn2+、Ni2+、Cr3+的去除率分别为73.1%、61.4%、50.3%、50.3%。同时,采用HCl溶液可以再生合成沸石,循环5次吸附/再生实验后,合成沸石对上述四种金属离子仍然表现出较好的吸附性能,可保持70%的初始吸附容量。因此,粉煤灰合成沸石吸附处理实际重金属废水具有较好的应用前景。
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