用壳聚糖改性天然沸石粉,制备了改性沸石吸附材料,对微污染水源水中微量镍(II)的吸附去除进行了研究。考察了吸附时间、沸石粉投加量、镍(II)初始浓度以及原水pH值等因素对镍(II)去除效果的影响。结果表明,改性沸石粉对镍(II)的去除效果明显优于天然沸石粉;当镍(II)初始浓度低于0.2mg/L时,投加1.5g/L壳聚糖改性沸石粉,经20min吸附后,水中镍(II)的剩余浓度低于0.02mg/L,可满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中的要求;提高水的pH值有利于两种沸石粉对镍(II)的去除。另外,两种沸石粉对镍(II)的吸附过程均符合Freudlich等温吸附模型,且改性沸石粉的吸附指数更小,其吸附能力更强。

一、与沸石

镍是人体健康所必需的微量元素,具有促进铁吸收和红细胞增长等作用,但长期接触低浓度镍会对人体造成危害,增加癌症发病率。在微污染水中,可溶性的微量镍(II)离子在较高的pH值下才能产生沉淀。若自来水厂采用加碱-混凝沉淀的方法去除镍需投加大量碱,出水前再加酸中和,不仅增加处理成本,而且较强碱性的水会影响自来水工艺的正常运转。因此,如何更好地结合自来水工艺,对微污染水中微量镍(II)进行去除,仍然是人们所关注的热点问题之一。
沸石是具有空间网架状结构的铝硅酸盐矿物,对重金属阳离子有一定的吸附能力,但吸附容量小。壳聚糖为甲壳素的脱乙酰基产物,其分子链上含氨基和羟基,对重金属离子有螯合吸附和絮凝作用。目前,虽已有利用沸石和壳聚糖处理较高浓度含镍废水的研究,但有关壳聚糖改性沸石去除微污染水中微量镍(II)未见报道。研究人员用壳聚糖对天然沸石粉进行改性处理,制备了改性沸石粉,以期提高对镍(II)的吸附能力,并将其用于吸附-混凝去除微污染水中的镍(II),考察了吸附时间、水的pH、沸石粉投加量和镍初始浓度等因素对镍(II)去除效果的影响,旨在为实际微污染水中镍(II)的去除提供参考。

二、改性沸石粉的制备

将天然沸石粉用去蒸馏水冲洗数次,以去除可溶性杂质,然后于90℃条件下烘干,球磨并过50目筛。称取10.0g壳聚糖加入到500mL浓度为2mol/L的NaOH溶液中,搅拌使壳聚糖分散均匀,再加入200g过筛后的沸石粉,振荡12h,过滤并用蒸馏水冲洗至中性,在90℃条件下烘干后研磨,再过50目筛后备用。

三、沸石吸附时间对镍(II)去除效果的影响

沸石粉与微污染水的接触时间对除镍(II)效果有显著影响。图1是在镍(II)初始浓度CNi0=0.1mg/L时,吸附时间与镍(II)剩余浓度关系曲线。

改性沸石粉吸附去除微污染水中Ni(II)的试验-国投盛世

由图1可知,水样中剩余镍(II)浓度随吸附时间延长逐渐降低,10min后渐达平衡;对比两条曲线发现,改性沸石粉对微量镍(II)去除效果比天然沸石粉好。这是因为负载在改性沸石表面的壳聚糖通过其分子中的氨基、羟基螯合溶液中的镍(II)离子,增强了吸附镍(II)的能力。当吸附时间大于10min时,改性沸石粉处理后水中镍(II)剩余浓度低于《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定的0.02mg/L,而天然沸石粉的镍(II)剩余浓度仍在0.06mg/L以上。另外,与天然沸石粉相比,改性沸石粉对镍(II)的吸附速率快,10min时基本达到吸附平衡,而天然沸石粉在20min时才达到吸附平衡。在后续实验中,为对比不同条件下两种沸石粉对镍的去除效果,均固定吸附时间为20min。

四、沸石粉投加量对镍(II)去除效果的影响

在吸附-混凝沉淀过程中,吸附剂投加量与除镍(II)效果有关。在其它试验条件相同情况下,沸石粉用量与镍(II)去除率之间关系如图2所示。

改性沸石粉吸附去除微污染水中Ni(II)的试验-国投盛世

由图2可知,两种沸石粉对镍的去除率随投加量的增加而不断升高。与天然沸石粉相比,改性沸石粉对镍(II)的去除率增长较快,改性沸石粉对镍(II)的去除效果明显优于天然沸石粉。当投加量增到1.5g/L后,两种沸石粉对镍(II)去除率的增长趋于稳定,改性沸石粉在此条件下对镍去除率达82%以上,可满足国家饮用水水质要求。

改性沸石粉吸附去除微污染水中Ni(II)的试验-国投盛世

总之,沸石粉对镍(II)的吸附过程均符合Freudlich等温吸附模型,且壳聚糖改性沸石粉的吸附指数更小,其吸附能力更强。