熊安晗，莫文龍，王君華，馬亞亞0

（1 中石化中原油田普光分公司，四川達州 635000；2 新疆大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，新疆烏魯木齊 830046）

蛭石具有兩個優(yōu)點，即熱穩(wěn)定性高和含有多種水合離子。蛭石作為吸附劑、填料、催化劑等已得到廣泛利用[1-3]。

蛭石具有優(yōu)良的吸附、陽離子交換和熱膨脹性能，被廣泛應(yīng)用于建筑、環(huán)保、農(nóng)牧業(yè)和園藝等領(lǐng)域，其對環(huán)境不存在危害，主要作為初級和低附加值材料應(yīng)用，資源沒有得到充分開發(fā)[4-6]。而新疆尉犁且干布拉克蛭石礦是世界上少有的幾個超大型蛭石礦床之一[1]。研究蛭石的性能及其在吸附領(lǐng)域的應(yīng)用，對于如何開發(fā)利用好這種非金屬礦具有重要意義。

本文擬通過考察投加量、溶液pH 值、吸附溫度和吸附時間對蛭石吸附模擬廢水中鎳離子的影響，探討各因素對蛭石吸附鎳離子的基本規(guī)律。

1 實驗試劑與儀器

1.1 試劑

試驗所用試劑如表1 所示。

表1 主要實驗試劑 Table 1 The main chemical reagents

1.2 儀器

實驗所用儀器如表2 所示。

表2 主要實驗儀器 Table 2 The main equipments

2 實驗內(nèi)容

2.1 模擬含鎳廢水的配制

模擬廢水的配制：準(zhǔn)確稱取0.1975g 硝酸鎳Ni(NO3)2·6H2O，溶于裝有去離子水的燒杯中，溶解后移入1000mL 容量瓶，用去離子水稀釋并定容，搖勻。得到質(zhì)量濃度為40mg/L 的模擬含鎳廢水。

2.2 靜態(tài)吸附試驗

在上述配制模擬含鎳廢水中，加入一定量清洗烘干后的蛭石，調(diào)節(jié)廢水pH 值，在一定溫度下攪拌一定時間，離心分離，采用丁二酮肟分光光度法測定上清液中殘留Ni2+的濃度，計算蛭石對廢水中Ni2+的吸附率。

2.3 吸附率的計算方法

實驗中蛭石作為吸附劑吸附金屬離子的吸附率可由下式計算得出：

式中：η—蛭石對金屬離子的吸附率，%；C0—吸附前溶液含金屬離子的濃度，mg/L；C—吸附后溶液含金屬離子的濃度，mg/L。

3 結(jié)果與討論

3.1 投加量對蛭石吸附Ni2+的影響

分別稱取蛭石樣品0.05g、0.1g、0.2g、0.3g、0.4g 和0.5g 于50mL 的錐形瓶中，加入20mL、pH值為7 的40mg/L 的Ni2+溶液（所計算的投加量分別為2.5 g/L、5 g/L、10 g/L、15 g/L、20 g/L 和25g/L），于40℃下在水浴恒溫振蕩器中往復(fù)振蕩120min；取出后，于3500rpm 下離心10min，取上清液，測定濃度，并計算吸附率。繪制吸附率-投加量曲線如圖1 所示。

由圖1 可知，隨著蛭石用量的增加，Ni2+的吸附率先升高后趨于穩(wěn)定。從圖中看出，蛭石對Ni2+的吸附率，在投加量為15g/L 后基本達到吸附平衡，高達85%。隨后，隨著吸附劑投入量的增加，吸附率沒有大的改變。這一現(xiàn)象說明，一定量一定濃度的Ni2+溶液的需土量達到一定極限后，吸附率不再增加。考慮到蛭石投加量增加，固液分離困難，影響實驗結(jié)果，所以選擇15g/L 為最佳投加量。

圖1 投加量對Ni2+吸附率的影響 Fig.1 The influence of vermiculite additive on the adsorption rate of Ni2+

3.2 pH 對蛭石吸附Ni2+的影響

稱取6 組0.3g 蛭石于50mL 的錐形瓶中，加入20mL、pH 值分別為為4、5、6、7、8、9 的40mg/L的Ni2+溶液，于40℃下在水浴恒溫振蕩器中往復(fù)振蕩120min；取出后，于3500rpm 下離心10min，取上清液，測定濃度，并計算吸附率。繪制吸附率-pH曲線見圖2。

圖2 pH 對Ni2+吸附率的影響 Fig.2 The influence of pH on the adsorption rate of Ni2+

由圖2 可知，pH 值在4-5 之間Ni2+的吸附率變化很大，從不到20%增加至85%左右，pH 值大于5之后，吸附率變化減緩，基本達到吸附平衡。因此，中性條件操作簡單，更適合吸附的進行，故采用pH值等于7 為最佳條件。

3.3 溫度對蛭石吸附Ni2+的影響

稱取6 組0.3g 蛭石于50mL 錐形瓶中，加入20mL、pH 值為7.0 的40mg/L 的Ni2+溶液，分別于20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃下在水浴恒溫振蕩器中往復(fù)振蕩120min；取出后，于3500rpm下離心10min，取上清液，測定濃度，并計算吸附率。繪制吸附率-溫度曲線如圖3 所示。

圖3 吸附溫度對Ni2+吸附率的影響 Fig 3 The influence of temperature on the adsorption rate of Ni2+

由圖3 可知，蛭石對Ni2+的吸附率隨水溫的升高先增大后減小，先增大是因為升高水溫會使Ni2+的熱運動增加，從而與蛭石接觸的機會增多，同時在高溫下蛭石的表面膨脹也有利于吸附。但是，由于吸附反應(yīng)是放熱反應(yīng)，水溫太高不利于吸附的進行，因此Ni2+的吸附率會隨水溫的升高而下降。從圖中還可以看出，40℃以后吸附率隨水溫的升高而下降，故以40℃作為最佳的吸附溫度。

3.4 吸附時間對蛭石吸附Ni2+的影響

稱取6 組0.3g 蛭石于50mL 錐形瓶中，加入20mL、pH 值為7.0 的40mg/L 的Ni2+溶液，于40℃下在水浴恒溫振蕩器中往復(fù)振蕩5 min、10 min、30 min、60 min、120 min 和150min；取出后，于3500rpm 下離心10min，取上清液，測定濃度，并計算吸附率。繪制吸附率-吸附時間曲線見圖4。

由圖4 可知，隨著反應(yīng)時間的延長，蛭石對Ni2+的吸附率越來越大。120min 后，吸附率隨時間的變化緩慢，并趨于平衡。由于蛭石在水中的分散性較好，能夠在較短的時間內(nèi)完成對Ni2+的吸附。為實現(xiàn)水的充分凈化，本實驗采用的吸附時間為120min。

圖4 吸附時間對Ni2+吸附率的影響 Fig.4 The influence of time on the adsorption rate of Ni2+

4 結(jié)論

通過單因素試驗，考察了蛭石對模擬廢水中Ni2+的吸附情況，探索了投加量、pH 值、吸附溫度和吸附時間對吸附率的影響。

結(jié)果表明，投加量在15g/L~20g/L 時，對廢水中Ni2+吸附率的增長趨勢變?nèi)醪②呌谄胶?；pH 值在4~7 的范圍內(nèi)，蛭石對Ni2+的吸附率隨著pH 值的增大而增加，之后基本達到平衡，并達到88.82%的最大值；另外，通過實驗選擇的適宜吸附溫度為40℃，適宜吸附時間為120min。

[1]彭同江，萬樸，潘兆櫓，等. 新疆尉犁蛭石礦中金云母-蛭石的間層結(jié)構(gòu)研究[J]. 巖石礦物學(xué)雜志，1996，15(3)：250-258.

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[3]劉志強，郭振清. 國內(nèi)氯堿產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析[J].氯堿工業(yè)，2008,44(12):l-8.

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[5]李暉，譚光群，李瑞. 蛭石對汞的吸附性能研究[J]. 重慶環(huán)境科學(xué)，2001，23(2)：65-67.

[6]劉云，吳平霄，黨志. 柱撐蛭石吸附去除廢水中重金屬離子的實驗研究[J].礦物巖石，2006，26(4)：8-13.