許景寒，瞿東惠，楊文平

（1．武漢工程大學，湖北 武漢430073；2．湖北省化學工業(yè)研究設計院，湖北 武漢430073）

我國地下水資源豐富，但有些地方的地下水含鐵過量，這些地下水中的鐵主要是Fe2＋［1］。生活中人體需要補充適量的鐵，但鐵過量攝入會慢性毒害人體，我國生活飲用水衛(wèi)生標準規(guī)定鐵含量≤0．3mg·L－1。因此，地下水處理過程中必須除去過量的Fe2＋，傳統(tǒng)的水處理方法對Fe2＋的去除率比較低。

沸石是我國資源量大且分布較廣的非金屬礦物，廣泛應用于諸多領(lǐng)域［2，3］。已有許多學者研究改性或活化的沸石對重金屬離子和非金屬離子的吸附作用，并取得了一定的進展［4－7］。采用微波技術(shù)［8，9］改性沸石去除水中非金屬離子的研究較多，但是采用微波改性沸石去除水中Fe2＋的研究較少，而利用微波加熱結(jié)合酸、堿、鹽改性沸石去除水中Fe2＋的研究鮮見報道。

作者采用微波加熱分別結(jié)合酸、堿、鹽來改性沸石，研究了不同改性條件對改性沸石吸附地下水中Fe2＋效果的影響，探討了最佳改性條件，擬為實際應用提供一定參考。

1 實驗

1．1 材料、試劑與儀器

信陽天然斜發(fā)沸石（200～300目）。

用過量的鐵與稀硫酸反應配制硫酸亞鐵溶液。

乙二胺四乙酸二鈉鹽（EDTA）、硫酸鐵銨、氫氧化鈉、氯化鈉、鹽酸等試劑均為分析純。

恒溫水浴振蕩器、DHG29240型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海一恒科技有限公司；JJ－1型定時攪拌器，江蘇金壇中大儀器廠；數(shù)顯恒溫水浴鍋，鞏義予華儀器有限責任公司；SXL2型馬弗爐，上海晨鑫電爐有限公司；AL204型電子分析天平，梅特勒－托利多儀器（上海）有限公司；格蘭仕微波爐（800W），沈陽新順德商貿(mào)有限公司。

1．2 方法

1．2．1 改性方法

在燒杯中分別配制一定濃度的HCl、NaCl、NaOH溶液300mL，各加入10g天然沸石，常溫攪拌1h后，將混合物放入微波爐中加熱一定時間，洗滌，抽濾，將改性沸石放入105℃烘箱中烘干，研細，放入試劑瓶中密封保存［10，11］。

1．2．2 吸附實驗

取100mL Fe2＋濃度為224mg·L－1的硫酸亞鐵溶液，加入1．0g改性沸石，振蕩反應一定時間，測定Fe2＋濃度，計算Fe2＋去除率［12］。

1．2．3 分析方法

Fe2＋濃度的測定采用EDTA滴定法［13］。

2 結(jié)果與討論

2．1 微波功率對改性沸石吸附性能的影響

將微波功率設為160W、320W、480W、640W、800W五檔，在不同微波功率下分別加熱經(jīng)2mol·L－1HCl、2mol·L－1NaOH、10%NaCl溶液浸泡后的改性沸石各3min，考察微波功率對改性沸石吸附性能的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 微波功率對Fe2＋去除率的影響ig．1 The effect of microwave power on the removal rate of Fe2＋

由圖1可知，在一定微波功率范圍內(nèi)，改性沸石對Fe2＋的去除率隨著微波功率的增大先升后降。這可能是由于，微波功率過大會破壞沸石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電荷分布，反而降低了沸石的吸附效果［14］。三種改性沸石中，用微波加熱NaOH溶液改性的沸石吸附效果最好。微波功率為320W時，NaCl改性沸石和HCl改性沸石的Fe2＋去除率達到最高，分別為64．63%和38．88%；微波功率為640W時，NaOH改性沸石的Fe2＋去除率達到最高，為92．03%。

2．2 微波輻射時間對改性沸石吸附性能的影響

在最佳微波功率下分別加熱經(jīng)2mol·L－1HCl、2mol·L－1NaOH、10%NaCl溶液浸泡后的改性沸石不同時間，考察微波輻射時間對改性沸石吸附性能的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 微波輻射時間對Fe2＋去除率的影響Fig．2 The effect of microwave irradiation time on the removal rate of Fe2＋

由圖2可知，改性沸石對Fe2＋的去除率隨著微波輻射時間的延長先升后降。這主要是由于，微波輻射時間過長改變了反應體系的固液比和水熱反應的條件，使沸石內(nèi)部的離子交換量下降，化學平衡被打破，對Fe2＋的吸附能力降低［15，16］。當微波加熱改性5min時，三種改性沸石的Fe2＋去除率都達到最高，HCl改性沸石的Fe2＋去除率為39．73%，NaCl改性沸石的Fe2＋去除率為67．09%，NaOH改性沸石的Fe2＋去除率最高，為94．25%。

2．3 改性溶液濃度對改性沸石吸附性能的影響

在最佳微波功率下分別加熱經(jīng)不同濃度HCl、NaOH、NaCl溶液浸泡的改性沸石5min，考察改性溶液濃度對改性沸石吸附性能的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 改性溶液濃度對Fe2＋去除率的影響Fig．3 The effect of concentration of modification solution on the removal rate of Fe2＋

由圖3可知，HCl、NaOH、NaCl溶液濃度均影響Fe2＋去除率，在一定濃度范圍內(nèi)，改性沸石的Fe2＋去除率隨著HCl、NaOH、NaCl溶液濃度的增大先升后降。這可能是由于，過高的改性溶液濃度會破壞沸石內(nèi)部的顆粒結(jié)構(gòu)，降低了沸石的吸附效果。三種改性沸石中，微波加熱NaOH溶液改性的沸石吸附效果最好。NaCl溶液濃度為8%時，F(xiàn)e2＋去除率最高，為68．15%；HCl溶液濃度為1．2mol·L－1時，F(xiàn)e2＋去除率最高，為42．58%；NaOH溶液濃度為0．8mol·L－1時，F(xiàn)e2＋去除率最高，為96．88%。

3 結(jié)論

NaCl改性沸石的最佳條件為微波功率320W、微波輻射時間5min、溶液濃度8%，最高Fe2＋去除率達68．15%；HCl改性沸石的最佳條件為微波功率320 W、微波輻射時間5min、溶液濃度1．2mol·L－1，最高Fe2＋去除率達42．58%；NaOH改性沸石的最佳條件為微波功率640W、微波輻射時間5min、溶液濃度0．8mol·L－1，最高Fe2＋去除率達96．88%。三種改性沸石中，微波加熱NaOH溶液改性沸石去除Fe2＋的效果最好。

［1］Pacini V A，Maria I A，Sanguinetti G．Removal of iron and manga－nese using biological roughing up flow filtration technology［J］．Water Reaearch，2005，39（18）：4463－4475．

［2］魏翔，朱琨，王海濤，等．改性沸石吸附水中有機物的試驗研究［J］．甘肅環(huán)境研究與監(jiān)測，2003，16（3）：203－205．

［3］張壽庭，趙鵬大，陳建平，等．天然沸石吸附性能與陽離子組分之間的關(guān)系［J］．地球化學，2001，30（5）：478－483．

［4］Rajec P，DomianováK．Cesium exchange reaction on natural and modified clinoptilolite zeolites［J］．Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry，2008，275（3）：503－508．

［5］陳國安．沸石處理重金屬離子廢水的試驗研究［J］．礦產(chǎn)保護與利用，2001，（6）：17－19．

［6］Malekpour A，Millani M R，Kheirkhah M．Synthesis and characterization of a NaA zeolite membrane and its applications for desalination of radioactive solutions［J］．Desalination，2008，225（1－3）：199－208．

［7］Erdogan B，Saklzci M，Yorükoullar E．Characterization and ethylene adsorption of natural and modified clinoptilolites［J］．Applied Surface Science，2008，254（8）：2450－2457．

［8］傅東．天然沸石及其在環(huán)保領(lǐng)域中的應用前景［J］．中國非金屬礦工業(yè)導刊，2002，（4）：30－32．

［9］Castagnoa N B，Dutta P K．Spectroscopic studies of colloidal solutions of nanocrystalline Ru（bpy－zeoliteY［J］．Phys Chem B，2001，105：1537－1542．

［10］劉斐文，王萍．現(xiàn)代水處理方法與材料［M］．北京：中國環(huán)境科學出版社，2003．

［11］丁磊．沸石在水處理中的應用理論及實踐［J］．環(huán)境技術(shù)，2005，23（2）：32－33．

［12］栗印環(huán)，張秀蘭．堿和微波改性沸石及對亞鐵離子的吸附研究［J］．非金屬礦，2012，35（1）：70－72．

［13］喻林．水質(zhì)監(jiān)測分析方法標準實務手冊（一）［M］．北京：中國環(huán)境科學出版社，2002：159－161．

［14］陳宇輝，陶濤．對地下水除鐵除錳影響機理的研究［J］．工業(yè)用水與廢水，2005，36（5）：17－19．

［15］朱秀芹，李燦伯．地下水除鐵錳技術(shù)發(fā)展歷程及展望［J］．黑龍江水利科技，2008，36（6）：121－122．

［16］陳小龍，袁鳳英．沸石在廢水處理中的應用與展望［J］．科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2005，15（14）：123－124．