天然及改性赤玉土吸附去除水溶液中六价铬的研究

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:new4sophia
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水体中Cr(VI)污染主要来源于制革、电镀、冶金等工业废水的不合理排放。过量的Cr(VI)对生物体有致癌性和致畸性,严重威胁着人类的健康。目前运用于Cr(VI)去除的方法有很多,如化学沉淀、离子交换、膜技术、以及吸附法等。其中,吸附法凭借其操作简单、实用高效、可重复利用性等优点成为应用最广泛的除Cr(VI)技术。在众多的吸附材料中,粘土矿物类吸附剂是备受关注的一种。在本研究中,具备多孔性、渗透性和吸附性的日本火山灰堆积物—赤玉土,首次被用于水溶液中Cr(VI)的吸附。实验采用序批式方法,探讨了吸附时间、溶液初始pH值、吸附剂投加量等对天然赤玉土吸附水溶液中Cr(VI)的影响。结果显示,天然赤玉土对Cr(VI)的吸附可在180min内达到平衡,吸附的最佳pH条件为2。当溶液初始Cr(VI)浓度为50.0mg/L,吸附剂投加量为5g/L时,实验最大Cr(VI)吸附量为4.29mg/g。天然赤玉土对Cr(VI)的吸附数据符合Freundlich等温线模型和伪二级动力学模型,吸附机理主要是化学吸附过程。与其他天然粘土矿物对比表明,天然赤玉土吸附Cr(VI)的开发潜力较大。为了提高Cr(VI)吸附量并拓宽应用范围,本研究采用HCl作为改性剂制得HCl改性赤玉土(CMAC)。实验通过研究主要因素如pH、共存离子等对吸附效果的影响评价了CMAC的Cr(VI)吸附性能。CMAC的pH适用范围可扩大至2~11,Cr(VI)的实验最大吸附量可达到7.47mg/g。吸附过程符合伪二级动力学方程,说明吸附反应是化学过程。吸附等温线拟合结果显示,CMAC对Cr(VI)的吸附与Langmuir模型拟合度较差,与Freundlich模型和Dubinin-Radushkevich模型更吻合,说明吸附发生在异相介质表面。CMAC在多种离子共存的状态下,仍具有较高的Cr(VI)离子选择性。无机盐作为改性剂也被应用于天然赤玉土的改性。在5种无机盐离子Al3+、Fe3+、Ca2+、Mg2+、和Mn2+中,Fe3+的改性效果最佳。在Fe3+改性赤玉土(FeAC)的研究中,析因分析法用于吸附影响因素贡献效率的评价和实验过程的优化。结果分析得出,对于Cr(VI)吸附量,溶液初始Cr(VI)浓度是最重要的因素,其次依次为吸附剂投加量和吸附时间,溶液初始pH对吸附结果不产生影响。在初始Cr(VI)浓度为400.0mg/L,吸附剂投加量为1g/L时,Cr(VI)吸附量可达到22.74mg/g。实验数据符合伪二级动力学方程和Freundlich等温线模型。热力学研究表明,FeAC对水溶液中Cr(VI)的吸附是易发、自动的吸热反应。在相同条件下,将天然赤玉土、CMAC、FeAC分别用于实际含Cr(VI)制革废水的处理发现,三者对Cr(VI)的去除率分别为23.1%,38.9%,和94.5%,FeAC的吸附效果最佳。总之,天然赤玉土、CMAC、FeAC均对溶液中Cr(VI)有良好的吸附性能,其中FeAC具有改性方法简单、成本低廉、效率高、适应性强等多重优点,在处理实际工业废水的应用中效果最佳。
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