高岭土吸附剂去除含锰废水中锰离子的实验研究

图 3 搅拌时间对吸附效果的影响 F ig. 3 Influence of stirring tim e on adso rp tion
图 5 高岭土用量对吸附效果的影响 F ig. 5 Influence of kao line do sages on adso rp tion
第 1 期 詹 旭等: 高岭土吸附剂去除含锰废水中锰离子的实验研究 97
3 高岭土吸附M n 2+ 的机理
由图 1 可知, 高岭土主要由高岭石、 伊利石和石 英等组成, 且实验已经证明对废水中的M n 2+ 起吸收 作用的主要是高岭石。 高岭石是一种自然界常见的 铝 硅 酸 盐 粘 土 矿 物, 广 泛 存 在 于 沉 积 物 和 土 壤 中[ 7, 8 ] , 其 内 部 是 由 SiO 4 四 面 体 的 六 方 网 层 与 [A lO 2 (O H ) 4 ] 八面体层按1∶1 结合而成的典型层状 结构[ 9 ]。 纵面上, 每个结构单元层间靠氢氧—氢键连 接, 形成层状堆叠形态; 横面上, [A lO 2 (O H ) 4 ] 八面 体层中的3 个O H 有2 个被O 所取代。 数个类似的结 构单元层堆积形成高岭石独有的电荷性质。
图 8 剩余质量浓度与吸附量关系曲线 F ig. 8 Relation curve of abso rbance2rem ainder concentration 度与吸附量分别取对数并作图 ( 图9) , 其曲线拟合较 好, 吸附规律符合 F reund lich 经验吸附模型[ 5 ]: 1 lg # = lg # m + lg Θ
m
后, 高岭土对废水中锰的去除率并没有提高。 因此在 以下实验中, 选择 0. 5 h 作为最佳反应时间。 2. 2 pH 值对吸附作用的影响 在 7 个 200 mL 的烧杯中, 分别加入 100 mL 2+ Θ(M n ) = 100 m g L 的废水, 用 HNO 3 和氨水调节 溶液使之呈不同的 pH 值, 然后向每份溶液中加入 1 g 高岭土, 测定溶液中剩余M n 离子的质量浓度, 并 考察 pH 值对M n 2+ 去除率 ( Γ) 的影响 ( 图 4) 。 由图 4 可见, 当其它条件一定时, 高岭土在碱性范围内对 2+ M n 的吸附能力较强, 而在酸性或中性范围内的吸 附能力则较弱。 考虑到实际废水的 pH 值一般为中 性, 因此应采用调节溶液使其pH 值在 7. 5 ～ 8. 5 间,
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地质科技情报
2005 年
拟锰离子废水, 废水中锰的质量浓度 Θ(M n 2+ ) 约为 100 m g L 。 实 际 废 水 为 某 电 镀 厂 的 含 锰 废 水, 2+ Θ(M n ) 分别为 50. 6, 406. 4 m g L , 且含有大量的 其它无机离子, 色度较差。 1. 2 实验设备 采用上海棱光技术有限公司生产的 722s 型分 光光度计、 北京哈纳科仪科技有限公司生产的哈纳 —H I8424 m icrocom p u ter pH m eter 型pH 计及上海 雷磁仪器厂生产的 JB 2I A 型磁力搅拌器。 1. 3 实验方法 在初始质量浓度为 Θ 体积为 V 0 的废水中, 加 0、 入一定质量 (m ) 的高岭土, 常温搅拌一定时间 ( t) 后 过滤, 其体积为V , 用高碘酸钾分光光度法测定滤液 的吸光度 (A ) [ 4 ] , 根据标准曲线 ( 图 2 ) , 对应查出滤 ( 2) 式分别计算 液中残留的 Θ(M n 2+ ) , 最后根据 ( 1) 、 2+ 高岭土对M n 的去除率 Γ( % ) 及吸附量 # (m g g ) : Θ Θ V 0V 0 ( 1) Γ= ×100% Θ 0V 0 Θ Θ V 0V 0 ( 2) # =
地质科技情报 第 24 卷 第 1 期 Vo l124 No 11 20 0 5 年 3 月 Geo log ica l Science and T echno logy Info rm a t ion M ar1 2005
高岭土吸附剂去除含锰废水中锰离子的实验研究
詹 旭a , 罗泽娇b , 马 腾b
图 4 pH 值对吸附效果的影响 F ig. 4 Influence of change of pH on adso rp tion 以便提高去除率。 2. 3 高岭土用量对吸附作用的影响 在 6 个各装有 100 mL Θ(M n 2+ ) = 100 m g L 废 水的烧杯中, 分别加入不同量的高岭土, 在 pH 值为 7. 5～ 8. 5 范围内, 搅拌 30 m in, 过滤后测剩余的 2+ 2+ Θ(M n ) , 计算高岭土对M n 吸附量和去除率的影 响 ( 图5 ) 。 由图5 可见, 当高岭土用量由0. 8 g 增加到 1. 2 g 时, 其去除率由 77. 0% 提高到 90. 6% 。但从去 除 率看, 并不是高岭土投加越多, 对M n 2+ 去除率就 越高。 当高岭土用量为 0. 8 g 时, # (M n 2+ ) 为 8. 95 2+ m g g, 而当高岭土用量增大到 1. 2 g 时, # (M n ) 反 而降到了 6. 95 m g g。 因此, 在利用高岭土净化含锰废水时, 在使废水 满足排放达标的情况下, 既要考虑高岭土的利用率, 还要结合实际经济效益和处理效果, 合理地确定高 岭土的用量。
n
式中: # m 、 n 为与最大吸附容量有关的 F reund lich 常 数; Θ为剩余锰离子的质量浓度。 由图 9 可见, 1 n 在 0. 1 ～ 0. 5 间, 表明高岭土吸 附锰离子的反应容易进行[ 6 ]。
图 9 等温吸附实验 F ig. 9 Experim ent of iso therm al adso rp tion
图 7 初始质量浓度对吸附效果的影响 2+ F ig. 7 Influence of M n concentration on adso rp tion 的吸附能力最强。 2. 6 等温吸附曲线 在进行吸附剂用量对吸附效果影响的等温吸附 ) 换算成 实验中, 将溶液中剩余锰离子的质量浓度 (Θ 吸附量 ( # ) ( 图8) 。 将图8 中的数据作适当的变换后, 用 F reund lich 曲线拟合, 对剩余锰离子的质量浓
( 中国地质大学 a. 研究生院; b. 环境学院, 武汉 430074)
①
摘 要: 高岭土吸附剂处理含锰废水中锰离子的实验表明: 高岭土的最佳粒度为 0. 177mm , pH 值控制在 7. 5～ 8. 5 间, 常温搅 拌 30 m in, 吸附剂与水量比为 12 g∶1 L , 对锰离子质量浓度为 100 m g L 的废水的处理效果最好, 使锰离子质量浓度由 100m g L 降至 0. 1 m g L , 锰离子的去除率超过 90% , 达到GB897821996 工业废水排放的一级标准。高岭土对锰离子吸附的等温吸附曲线符 合 F reundlich 模型, 其吸附机理主要是吸附作用和沉淀作用。 关键词: 高岭土; 锰离子; 废水; 吸附 中图分类号: P588. 22; X703 文献标识码: A 文章编号: 100027849 ( 2005) 0120095204 锰是环境水质污染物的重要重金属监测指标之 一, 国家明文规定工厂排污口含锰及其化合物的最 高排放质量浓度为 2. 0 m g L [ 1 ]。锰在水体中的价态 易发生变化, 其毒性随着价态的降低而增强。 过量锰 的摄入会引起动物和植物中毒, 主要表现为对人和 动物的神经系统产生毒害。 目前锰的污染治理主要采用化学方法[ 2 ] , 将溶 解 性的M n 2+ 氧化成不溶的M nO 2 , 从而除掉废水中 的锰; 也有用活化沸石降低废水中的锰[ 3 ]。 前者易引 起二次污染且成本较高, 逐渐不被人们所采纳; 后者 没有深入研究吸附过程中各种因素的影响作用, 且 去除效果不明显。 考虑处理效果、 对环境的友好程度 和经济因素, 笔者选用高岭土作吸附剂来处理含锰 废水中的锰离子, 取得了较好的效果。
图 1 高岭土的X 射线衍射图谱 F ig. 1 X 2ray diffraction spectrum of kao line
收稿日期: 2003211228 编辑: 刘江霞 基金项目: 中国地质大学 ( 武汉) 优秀教师资助计划项目 (CU GQNL 0303) 作者简介: 詹 旭 (1981— ) , 男, 现正攻读环境工程专业硕士学位, 主要从事环境污染治理研究。
1 实 验
1. 1 实验材料
高岭土取自湖北某煤矿山, 粉碎处理至粒径小 于 0. 50 mm 过筛备用。 X 射线衍射分析结果表明 ( 见 图 1 ) , 高 岭 土 中 约 8% (w B ) 为 伊 利 石 ( KA l2 [ (O H ) 2 ( Si, A l) 4O 10 ] ) 、 25% 为石英 ( SiO 2 ) 、 67% 为 高岭石 [ 其主要成分为A l2 Si2O 5 (O H ) 8 ], 基本不含其 它杂质。 笔者已通过其它实验证明伊利石和石英对 锰离子没有吸附效果, 因此可以确定本次实验中起 吸附作用的是高岭石。 含锰废水系笔者配制的模
2. 4 高岭土粒度对吸附作用的影响
图 6 是控制以上最佳外界条件时, 分别选用 0. 420, 0. 177, 0. 125, 0. 093, 0. 074 mm 粒度的高岭 土作对比实验, 获得的高岭土粒度对去除率影响的
图 6 高岭土粒度对吸附效果的影响 6 F ig. Influence of kao line fineness on adso rp tion 结果。 从图 6 可以看出高岭土的吸附能力并不是随着 颗 粒粒度的减小而增强, 从而使M n 2+ 的去除率增 大。 它的吸附能力不仅跟颗粒的粒度有关, 而且还与 表面张力有关[ 5 ]。 一般, 粒度越小其吸附能力越大, 但当颗粒粒度很小 ( 此值在实验中为 0. 177 mm ) 时, 颗粒的表面张力起主导作用, 产生聚集, 从而降低了 颗粒的表面张力, 使其吸附能力下降, 曲线呈下降趋 势。当粒度大于 0. 177 mm 时, 颗粒粒度成为影响高 岭土吸附能力的主要因素, 此时符合一般规律, 即粒 度越大, 吸附能力越差。 综合比较后认为选取粒度为 0. 177 mm 的高岭土的综合处理效果较好。 2. 5 溶液质量浓度对吸附作用的影响 配制起始质量浓度分别为50, 100, 200, 300, 400 m g L 的含锰离子废水, 研究高岭土对不同起始质 量浓度的含锰离子废水的处理能力 ( 图 7 ) 。 图 7 显 示, 溶液的初始质量浓度对高岭土的吸附容量有明 显的影响。当初始质量浓度为 100 m g L 时, 高岭土