工业废水中多金属离子的吸附净化_雷绍民

第7卷第2期环境工程学报Vol ．7，No ．22013年2月Chinese Journal of Environmental EngineeringFeb ．2013工业废水中多金属离子的吸附净化雷绍民1王欢1*王恩文2李佳1郭振华1徐腾2（1．武汉理工大学资源与环境工程学院，武汉430070；2．安顺学院资源管理与环境科学系，安顺561000；3．江苏凯达石英有限公司，新沂221400）摘要以含有Si 、Al 、Ca 、C 元素的矿物材料作为基质，经特定条件处理后造粒成型加工成轻质多孔Si-Al-Ca-C 结构的吸附材料。

研究了该吸附材料对工业废水中多种金属离子的吸附性能，探讨了影响吸附性能的因素。

研究结果表明，在一定条件下，Si-Al-Ca-C 吸附材料对工业废水中Al 3+、Ca 2+、Mn 2+、Cu 2+、Fe 3+、Mg 2+、As 3+和Zn 2+的净化率分别高达99．34%、99．82%、98．26%、98．16%、97．76%、97．01%、100%和89．09%。

金属离子残留浓度分别为0．152、0．07、0．012、0．02、0．119、0．311、0和0．259mg /L ，均低于国家污水综合排放标准（GB8978-1996）一级标准。

关键词吸附材料工业废水金属离子吸附净化中图分类号X703文献标识码A文章编号1673-9108（2013）02-0513-05Adsorption and purification of multiple metalions in industrial wastewaterLei Shaomin 1Wang Huan 1Wang Enwen 2Li Jia 1Guo Zhenhua 1Xu Teng 2（1．School of Resources and Environmental Engineering ，Wuhan University of Technology ，Wuhan 430070，China ；2．Department of Resources Management and Environmental Science ，Anshun University ，Anshun 561000，China ；3．Jiang Su Kaida Silica Co．Ltd．，Xinyi 221400，China ）Abstract A lightweight porous material of Si-Al-Ca-C structure was made from several mineral materialscontaining element of Si ，Al ，Ca ，C．The adsorption capacity of the matrix material to the metals in industrial wastewater was researched．The factors influencing adsorption process were discussed．The results indicated that the adsorption rates of Al 3+，Ca 2+，Mn 2+，Cu 2+，Fe 3+，Mg 2+，As 3+，Zn 2+are 99．34%，99．82%，98．26%，98．16%，97．76%，97．01%，100%and 89．09%，respectively under the optimal conditions．The residual concentration of metal elements are 0．152，0．07，0．012，0．02，0．119，0．311，0and 0．259mg /L ，respec-tively which are lower than the first standard of integrated wastewater discharge standard．Key words adsorption material ；industrial wastewater ；metal ions ；adsorption ；purifying 基金项目：科技部科技人员服务企业行动计划（2009GJC10027）；贵州省自然科学基金（黔教科20090076）；贵州省科技厅科技基金（黔科合J 字［2009］2105号）收稿日期：2011－12－03；修订日期：2012－03－20作者简介：雷绍民（1953 ），男，教授，博导，从事环境矿物材料、矿物加工领域的科研教学工作。

E-mail ：shmlei@yahoo．com．cn *通讯联系人，E-mail ：carthring@163．com中国水资源总量居世界第6位，但人均水量只有世界人均水量的1/4，是水资源严重不足的国家之一。

随着我国工业生产和城市现代化水平发展，生活废水和工业废水急剧增加，水源中尤其是重金属污染日趋严重。

有效去除废水中的重金属已成为当前迫切任务［1-3］。

重金属废水常见于电镀［4］、电子工业［5］、冶金工业［6］以及采矿、选矿工业［7］。

重金属废水成分非常复杂，由于其潜在的毒性大，难以自然降解，并易于在食物链中富集，严重威胁着生态系统和人体健康。

利用天然多孔矿物及其复合材料净化处理含多种金属离子的废水，作为一种极为有效的工业废水处理新技术，越来越受到世界各国研究者们的密切关注，因而成为研究热门课题［8-14］。

本研究试图采用几种天然多孔矿物复合成Si-Al-Ca-C 结构的吸附材料基体，经活化成型处理制备成一种可循环利用的轻质多孔高效吸附降解材料，用于吸附净化含多种金属离子的工业废水。

1实验部分1．1主要试剂和材料盐酸，氢氧化钠，氯化钠等均为分析纯。

制备轻质多孔吸附材料所用的矿物材料分别为：组分A ，主要矿物为石墨；组分B ，主要矿物为方解石、石英；组环境工程学报第7卷分C，主要矿物为硅藻土；组分D，主要矿物为蒙脱石。

本实验所要处理的废水为石英氧化浸出工业废水，其水质成分为：Al3+23．09mg/L、Ca2+38．47 mg/L、Mn2+0．691mg/L、Cu2+1．089mg/L、Fe3+ 5．321mg/L、Mg2+10．41mg/L、As3+0．796mg/L、Zn2+2．375mg/L，［H+］2．51mol/L。

1．2主要仪器SK250H超声波清洗器；FA2004上皿电子天平；PHS-3D型实验室pH计；HZQ-C空气浴振荡器；SC101-Y型远红外鼓风干燥箱；SRJX-4-13高温箱式电阻炉；4300DV全谱直读电感耦合等离子发射光谱仪等。

1．3轻质多孔吸附材料的制备称取一定量的组分A与粘结剂按一定比例混合均匀，再添加一定比例的组分B、组分C与组分D，加入调和剂并将其搅拌均匀后制成粒径1 3 mm的圆形颗粒，在105ħ下干燥2h后，在小于900ħ下焙烧2h，即可制得轻质多孔吸附降解材料待用［15，16］。

用扫描电子显微镜（SEM）对制得的轻质多孔吸附材料进行形貌表征，如图1所示，可以看出吸附材料表面微孔结构非常明显，孔道呈广泛性分布，形状各异且不规则。

图1轻质多孔吸附材料表面SEM图像Fig．1SEM image of adsorption material1．4实验方法在100mL锥形瓶中加入20mL待处理的废水，加入一定量的吸附材料，放入恒温空气浴振荡器中（振荡频率110r/min）反应后，过滤分离，取出滤液，用电感耦合等离子发射光谱仪（ICP）测定滤液中残留金属离子含量［17］，按式（1）计算这些金属离子的吸附率：η=C－CeCˑ100%（1）式中：η为金属离子吸附率，%；C0为吸附前溶液中金属离子初始浓度，mg/L；C e为吸附后溶液中金属离子残余浓度，mg/L。

吸附实验在室温下进行，振荡频率恒定，利用PHS-3D型实验室pH计进行pH调节，探讨轻质多孔吸附材料吸附净化含多种金属离子工业废水的影响因素。

2结果与讨论2．1吸附剂用量的影响在常温（25ħ），振荡频率110r/min，pH值为6，反应时间为100min，吸附剂（轻质多孔吸附材料）用量对净化含多种金属离子工业废水的影响，实验结果如图2所示。

图2吸附剂用量对吸附效果的影响Fig．2Impact of adsorbent dosage on adsorption effect由图2可知，随着吸附剂用量的增加，对金属离子的吸附率整体都是呈增加趋势的。

当吸附剂用量为0．07 0．11g/mL时，对Cu2+、Mn2+、Zn2+的吸附率呈快速上升趋势，大于0．11g/mL时吸附率缓慢降低；对Al3+与Ca2+的吸附效果最显著，几乎不随吸附剂浓度改变而改变；对Fe3+的吸附在0．07 0．15g/mL时，随吸附剂用量增加，吸附量急剧增加，大于0．15g/mL后吸附量基本保持恒定；当吸附剂用量为0．03 0．11g/mL时，对Mg2+与As3+的吸附率呈缓慢上升趋势，但最高吸附率也不过在60%415第2期雷绍民等：工业废水中多金属离子的吸附净化左右，大于0．11g/mL后吸附率呈下降态势。

对不同金属离子显示出的吸附效率差异，可能与离子半径、电荷数以及水化程度有关，此外，由于试验目标水样中这些金属离子的初始浓度相差很大，也是一个重要的影响因素。

由于废水中金属离子种类过多，不免会产生竞争吸附，所以吸附剂对于这些金属离子的吸附效果并不一定都是按照某种规律（如金属离子半径大小、电荷数等）呈现的。

因此，对于不同金属离子的吸附反应应当有不同的吸附动力学机制和吸附剂用量。

综合来看，确定吸附剂用量为0．11g/mL。

2．2反应时间对吸附效果的影响在常温（25ħ），振荡频率110r/min，pH值为6，吸附剂用量为0．11g/mL的条件下，反应时间对吸附净化含多金属离子工业废水的影响如图3所示。

图3反应时间对吸附效果的影响Fig．3Impact of adsorbent time on adsorption effect由图3可知，当反应时间小于60min时，吸附剂对Ca2+、Mn2+、Cu2+、Fe3+、As3+、Zn2+的吸附率迅速增加，对Al3+的吸附率一开始就达到99．68%，但是对Mg2+的吸附率却在逐渐降低；60min之后，吸附剂对Al3+、Ca2+、Mn2+、Fe3+的吸附率增加缓慢，而对元素Mg2+、As3+、Zn2+的吸附率增加迅速，而这时对Cu2+的吸附率却开始降低；当反应时间达到100min，以上所有的金属离子吸附率都升高直至吸附达到饱和。