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改性沸石制备及对其铬吸附特性研究

发布时间:2020-04-02     浏览次数:767

近年来随着我国工业的迅速发展在铬盐与铁合金等行业中都需要用大量的含铬矿物, 并会产生许多含铬废水。这些废水中的铬元素多是以毒性较大的Cr6 +存在的对自然环境及人体健康都会产生严重的影响。所以越来越多的科研工作者投入到废铬资源回收与再利用的研究当中目前对含铬废水的处理工艺集中为化学沉淀法、膜分离法、电渗析法、溶剂萃取法、电解法、吸附法等多类方法。其中吸附法具有经济性好、操作简单的优势铬废水处理工艺中已得到了广泛的应用。吸附法中关键的一环是吸附剂的选择一般采用的吸附剂主要有沸石、活性炭、膨润土等其中沸石作为一种天然矿物不仅在我国储量丰富, 而且具有热稳定性好、再生性强等特点但是天然沸石孔径较小、吸附能力较差无法对废水中的含铬污染物进行有效去除。因此需要利用阳离子表面活性剂等对天然沸石进行改性, 以提升其对含铬污染物的去除能力以确保废水排放的达标。


 

 

实验中所采用的天然沸石选自于河北省围场县其粒径为20-40通过将原岩与氢氧化钠水溶液反应制得胶体物经干燥后即为沸石。所制得的天然沸石的主要化学成如表1 所示。

 

 

在本实验中共制备了六种改性沸石。不同类型改性沸石对Cr6 +的吸附效果如图1所示。从图1中可以看出在各类改性沸石中吸附效果最佳的是H2SO4 /CuSO4 复合改性沸石, 吸附效果最差的是混合盐( MgCl2 + AlCl3) 改性沸石且各类改性沸石的吸附率表现均比天然沸石更加优秀这也说明了通过表面活性剂进行沸石改性后, 有助于增大沸石的孔隙度, 提升沸石与含铬污染物的吸附交换能力。这是由于改性后沸石的表面能形成一层胶束层 Cr6 +污染物能更容易被吸附在胶束层中并形成复合物被去除。同时从图1中还可以看出, H2SO4 /CuSO4复合改性沸石对含铬污染物的吸附率随着反应时间的增长,始终保持在 90%左右具有极佳的含铬污染物去除效果。这是由于通过这种改性方法一方面有助于去除沸石中的硅以降低硅铝比例从而使得溶液中的重金属能更好地被扩散与吸附另一方面, 该改性方法还有助于增大沸石的孔隙度, 使其有效吸附表面得以增加

 

 

综合而言在实验所用的各类改性沸石中H2SO4 /CuSO4 复合改性沸石的吸附效果最佳, 因此对该改性沸石进行了更为系统的研究。图2给出了 H2SO4 /CuSO4复合改性沸石与天然沸石的吸附效果对比。从图 2中可以看出复合改性沸石的吸附量、吸附率均高于天然沸石, 其改性后吸附效果提升显著。在初始含铬溶液浓度为25 mg /L 通过分光光度法测得复合改性沸石吸附处理后上清液中的铬平衡浓度为1.422 mg /L而天然沸石吸附处理后上清液中的铬平衡浓度为5.039 mg /L吸附效果约提升了71.8% 同时随着实验中含铬溶液浓度的提高, 复合改性沸石的吸附率变化较小, 而天然沸石的吸附率则明显增加但仍始终低于复合改性沸石的吸附率。

复合改性沸石的吸附效果与平衡浓度之间的关系而二级动力学方程则真实反映出改性沸石对 Cr6 + 的吸附量与离子的动力学运动机制。通过试验发现改性沸石对 Cr6 +的吸附以化学吸附为主离子交换起着非常重要的作用。