堿性鈣基膨潤土吸附Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的特性研究.pdf

1、堿性鈣基膨潤土(Alkaline Ca-bentonite，ACB)是一種新型膨潤土，其改性方法簡單、成本低廉，是一種非常有應(yīng)用前景的吸附劑。到目前為止，尚無其他文獻(xiàn)報(bào)道ACB吸附重金屬離子的研究，因此，開展ACB吸附水溶液中Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的研究很有必要的，本論文的主要內(nèi)容有：(1)考察各種因素如吸附劑用量、pH及吸附時(shí)間等對(duì)ACB吸附三種重金屬離子的影響；(2)吸附模型研究：包括吸附等溫模型、吸附動(dòng)力學(xué)和吸附熱力學(xué)

2、研究；(3)分析ACB吸附Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的主要機(jī)理；(4)研究ACB對(duì)Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的競爭吸附規(guī)律；(5)利用ACB對(duì)實(shí)際電鍍廢水中重金屬離子的進(jìn)行了處理。論文的主要結(jié)果與結(jié)論如下：
　　 1、ACB對(duì)Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的去除率隨著吸附劑用量的增加而增加，當(dāng)ACB的用量在1 g·L-1時(shí)即可使300 mg·L-1的Pb(Ⅱ)溶液和100mg·L-1Zn(Ⅱ)溶液排放達(dá)標(biāo)，去

3、除率接近100%，ACB用量在0.8 g·L-1時(shí)對(duì)100 mg·L-1Cu(Ⅱ)溶液的去除率接近100%。pH值的影響研究表明：當(dāng)重金屬溶液的初始pH值在3.0到7.0的范圍，ACB對(duì)Pb(Ⅱ)的去除效率始終保持在99%左右，對(duì)Zn(Ⅱ)的去除效率從93%增加到99%左右；當(dāng)Cu(Ⅱ)溶液的初始pH值在4.0到6.0的范圍時(shí)，ACB對(duì)Cu(Ⅱ)的去除效率一直保持在99%左右。吸附時(shí)間的影響研究表明：對(duì)于300 mg·L-1的Pb(Ⅱ)

4、溶液，Pb(Ⅱ)在ACB上的吸附在5 min時(shí)可達(dá)92%，在吸附進(jìn)行45 min時(shí)已基本達(dá)到平衡；ACB對(duì)Zn(Ⅱ)的去除率在5 min時(shí)可達(dá)到67%，吸附150 min時(shí)去除率接近100%，ACB對(duì)Cu(Ⅱ)的吸附容量明顯高于天然膨潤土(Raw bentonite，RB)。電解質(zhì)的影響研究顯示：電解質(zhì)對(duì)Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)在ACB上吸附影響強(qiáng)弱的順序是：Al(NO3)3>Mg(NO3)2>NaNO3；NaNO3、Mg(NO3)2對(duì)P

5、b(Ⅱ)在ACB上的吸附?jīng)]有影響，Al(NO3)3則會(huì)明顯抑制ACB對(duì)Pb(Ⅱ)的吸附。總之，ACB吸附水溶液中的Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)，具有投加量少，吸附時(shí)間短，適宜pH值范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，且其對(duì)三種重金屬離子的吸附性能明顯優(yōu)于RB。
　　 2、吸附等溫模型研究顯示，Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)在ACB上的吸附過程符合Langmuir模型，因此三種重金屬離子在ACB上的吸附屬于單分子層吸附，吸附過程發(fā)生在特定均一

6、的吸附點(diǎn)位上；Freundlich模型中1/n明顯小于1，說明ACB對(duì)Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的吸附是有利的；由D-R模型可知，ACB對(duì)Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的吸附以化學(xué)吸附為主。在25℃下，ACB對(duì)Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的Langmuir吸附容量分別為625 mg·g-1，149mg·g-1和192 mg·g-1，明顯高于RB和文獻(xiàn)報(bào)道的其他吸附劑。吸附動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果顯示，Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cu

7、(Ⅱ)在RB和ACB上的吸附最符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型結(jié)果顯示Pb(Ⅱ)在ACB上的吸附完全是表面吸附，而ACB對(duì)Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的吸附存在顆粒內(nèi)擴(kuò)散作用。吸附熱力學(xué)研究說明Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)在ACB上的吸附是自發(fā)的、吸熱的過程。
　　 3.ACB的氫氧化鈣主要負(fù)載在膨潤土表面，層間有少量氫氧化鈣插入；ACB的pHZPNC為11.0，界面相呈現(xiàn)堿性，因此只要溶液中的重金屬離子濃度稍高，即可產(chǎn)生表

8、面沉淀。當(dāng)重金屬溶液的初始pH值處于3-7時(shí)，ACB對(duì)酸溶液有著良好的pH值緩沖性能。吸附平衡數(shù)據(jù)、SEM、FTIR和XRD分析結(jié)果表明，ACB去除Pb(Ⅱ)的最主要機(jī)制就是表面沉淀作用，去除Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的主要機(jī)制則有表面沉淀作用、離子交換作用和固定作用。
　　 4、競爭吸附實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于同一重金屬而言，ACB對(duì)其吸附容量大小的順序是：一元體系>二元體系>三元體系。無論是在一元體系還是在二元體系、三元體系，三種重金

9、屬離子在ACB上吸附強(qiáng)弱的順序是：Pb(Ⅱ)>Cu(Ⅱ)>Zn(Ⅱ)。ACB對(duì)實(shí)際電鍍廢水的處理結(jié)果表明：相對(duì)于石灰法而言，ACB處理法pH值調(diào)節(jié)簡單或不用調(diào)節(jié)pH值，不會(huì)產(chǎn)生大量的有毒污泥，處理后的廢水可同時(shí)達(dá)到電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB21900-2008)出水水質(zhì)和城鎮(zhèn)污染處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)中一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，不會(huì)出現(xiàn)重金屬返溶或超標(biāo)的現(xiàn)象。
　　 因此，ACB是一種在重金屬廢水處理方面非常經(jīng)