應用硅藻土處理含重金屬離子永相關理論基礎及關鍵技術研究.pdf

1、含重金屬離子廢水的有效處理對于水體重金屬污染控制與修復意義重大。目前含重金屬離子廢水處理方法主要有離子交換、化學沉淀、電動力修復、生物修復和吸附。在眾多方法中，吸附法由于穩(wěn)定、可靠、簡單、低耗、低二次污染等優(yōu)勢而被廣泛應用。作為一種重要的廢水處理方法，其關鍵在于吸附材料的選擇。針對含重金屬離子廢水處理，吸附材料必須能夠有效地吸附與固定重金屬離子，同時具備來源豐富、價格便宜、再生容易等優(yōu)勢。在系列吸附材料中硅藻土較好地符合了這些要求。

2、r>　　 硅藻土因具有多孔結構、大比表面積和眾多活性基團，常被用作吸附材料。但是由于含有雜質和理化構造缺陷而存在吸附能力一般，可操作性差等不足，使硅藻土在含重金屬離子廢水處理應用中具有一定局限性。針對上述問題，本文圍繞硅藻土開展了吸附、改性、成形及應用等系列研究，獲取了一大批科學數(shù)據(jù)，對于水體重金屬污染的有效防治和硅藻土資源的充分利用具有十分重要的意義。主要研究結果如下:
　　 (1)天然硅藻土對各重金屬離子的吸附量，隨著吸附

3、時間的延長而迅速增大之后趨于平衡;隨著吸附劑濃度的增加而先增大后減小;隨著pH值的增大而不斷增大;隨著離子初始濃度的增大而先增大后減小;而溫度對吸附量的影響規(guī)律不明顯。對各重金屬離子吸附能力大小順序為Zn2+＞Fe3+＞Cd2+＞Cu2+＞Pb2+＞Mn2+，吸附能力與各離子的水合半徑及水合自由能密切相關。
　　 (2)天然硅藻土對Pb2+的最佳吸附條件為W08.0g/L、C0400mg/L、pH7.0、T25℃、t120min

4、，對Cd2+的為W06.0g/L、C0200mg/L、pH5.0、T25℃、t120min,對Cu2+的為W06.0g/L、C0300mg/L、pH5.0、T25℃、t120min，對Zn2+的為W08.0g/L、C0500mg/L、pH6.0、T25℃、t120min，對Mn2+的為W08.0g/L、C0150mg/L、pH4.5、T25℃、t120min，對Fe3+的為W04.0g/L、C0400mg/L、pH5.0、T25℃、t1

5、20min。
　　 (3)最適合描述天然硅藻土對Pb2+、Cd2+、Cu2+、Zn2+、Mn2+、Fe3+的等溫吸附模型分別為Tenkin、Tenkin、Langmuir、Tenkin、Freundlich和Freundlich模型;最適合描述天然硅藻土對各重金屬離子的吸附動力學屬性的模型是二級動力學模型;天然硅藻土對各重金屬離子的吸附是容易進行的，以物理過程為主;吸附過程是自發(fā)的、吸熱的、無序性增加的，吸附過程速率控制步驟均為

6、發(fā)生在微孔內的吸附反應;經典吸附模型應用于天然硅藻土/重金屬離子體系時存在明顯的吸附劑濃度效應問題和參數(shù)值不穩(wěn)定現(xiàn)象，平衡吸附量qe不是Ce的唯一函數(shù)，而是Ce與W0兩個變量的函數(shù)，qe與Ce/W0具有一一對應的函數(shù)關系。
　　 (4)常規(guī)化學改性結果表明，最佳焙燒溫度和酸液濃度(HC1，v/v)分別為400℃和10％;最佳鈉鹽、鋇鹽改性濃度（n/v）分別為0.4mol/L和0.05mol/L;最佳PAM改性濃度（m/v）為20

7、g/L。焙燒、酸洗改性機制為去除硅藻土表面及孔道內的雜質，鈉鹽改性機制為增強硅藻土表面負電性，鋇鹽改性機制為通過沉積晶體擦除表面雜質，而PAM包覆改性表象上可以大幅度提升硅藻土的吸附容量（較天然硅藻土增加了近5倍），實質上主要是PAM自身絮凝作用的結果。
　　 (5)深度柱撐改性結果表明，與常規(guī)改性技術相比，聚羥基鋁柱撐能夠有效改善硅藻土的孔隙結構，顯著提升硅藻土吸附能力，對Pb2+的吸附容量可達14.02mg/g（較天然硅藻土

8、提高了39.88％），在眾多吸附劑當中處于中上水平。最佳改性條件為:柱化劑濃度0.1～0.2mol/L，Al/土比（n/m）10mmol/g，反應溫度80℃，反應時間120min，老化溫度105℃，老化時間16h。
　　 (6)成形樣品研發(fā)結果表明，粉體硅藻土最適投加比為93.0％，超細碳粉的最適投加比為7.0％，最適燒成溫度范圍為800～1000℃，最適焙燒時間為90min，最適硅藻土粉體粒徑為2.40μm。硅藻土成形樣品為有

9、一定強度，大小尺寸均勻、粒徑約為5mm，褐色橢圓顆粒;成形樣品仍保留了原有的多孔形貌，表面雜質得到了清除，孔徑增大，孔隙結構更加明朗;物相組成以方石英相為主。
　　 (7)硅藻土成形樣品對Pb2+的吸附容量較天然硅藻土提高了7.58％，吸附能力沒有下降反而得到了適度提升，說明成形過程對硅藻土的孔隙結構并沒有造成破壞，反而有適度改善。成形樣品可操作性也明顯優(yōu)于粉體硅藻土，試驗結果達到了預期的目的，即在保證硅藻土吸附能力的前提下明顯