張夢菲 張俊峰 楊克誠 （西北民族大學(xué)， 甘肅 榆中 730124）

天然吸附材料及其改性后處理電鍍廢水的應(yīng)用現(xiàn)狀

張夢菲 張俊峰 楊克誠 （西北民族大學(xué)， 甘肅 榆中 730124）

吸附法是目前公認(rèn)的對重金屬廢水處理的有效和經(jīng)濟(jì)的方法。以我國豐富的天然材料為原料，圍繞綠色環(huán)境、綠色生態(tài)等，從減少環(huán)境污染和高效利用廢棄資源的角度出發(fā)，利用天然吸附材料以及經(jīng)改性后得到的材料，研究了各種天然材料如硅藻土，凹凸棒，膨潤土，生物秸稈等對電鍍廢水中重金屬污染的廢水中Ni2+，Gr6+，Cu2+，Pb2+等吸附情況的研究。

電鍍廢水；天然吸附材料；硅藻土；膨潤土；凹凸棒；生物碳

0 引言

由于我國傳統(tǒng)的電鍍工藝比較落后，電鍍污染問題日趨嚴(yán)重。其所造成的污染大致為：化學(xué)毒物的污染、有機(jī)需氧物質(zhì)的污染、無機(jī)固體懸浮物的污染以及酸、堿及熱等的污染，另外，還有色、泡沫、油類等污染。但主要的污染是重金屬離子如Gr6+、Pb2+、Ni2+、Cd2+、Cu2+、Ag+等以及酸、堿和部分有機(jī)物的污染。

電鍍廢水的處理方法有化學(xué)法、物理法、電解法、離子交換法、膜分離技術(shù)，其中物理法中包括吸附法等。吸附法在較低規(guī)模的基礎(chǔ)上保證了較高的處理效果，且操作簡單［1］。本文對天然吸附材料及改性后在處理電鍍廢水中重金屬離子吸附現(xiàn)狀進(jìn)行了相關(guān)研究。

1 硅藻土的研究應(yīng)用

硅藻土是由硅藻生物遺骸沉積形成的天然無定形二氧化硅，是由含水二氧化硅小球最緊密堆積而成小球間隙構(gòu)成納米級微孔，同時(shí)殼體本身具有大孔結(jié)構(gòu)，從而形成豐富的孔結(jié)構(gòu)。

硅藻土具有很強(qiáng)的吸附力和很大的吸附容量，這是因?yàn)楣柙鍤んw具有大量的、有序排列的微孔結(jié)構(gòu)，使得硅藻土具有很大的比表面積［2］，其比表面積為3.1～60m2/g，數(shù)量2～2.5億個(gè)/g，形體體積0.6～0.8cm3/g，形體內(nèi)含一千多個(gè)納米微孔，孔徑7～125nm，是天然的納米材料，能吸收自身質(zhì)量3～4倍的雜質(zhì)［3］。同時(shí)硅藻土含有大量活性基團(tuán)和負(fù)電荷，能很好地吸附重金屬離子，因此開展硅藻土對重金屬離子的吸附具有重要意義。

根據(jù)袁笛等的研究表明［4］，吉林長白硅藻土對Hg2+適宜的吸附條件是Hg2+濃度為180mg/g，硅藻土用量為100g/L，吸附時(shí)間10min左右，溶液pH為6～8。李門樓［5］的研究表明，用質(zhì)量濃度為10%的溴化十六烷基三甲銨溶液，在常溫下以100r/min的速度攪拌2h，抽濾后，放入馬弗爐中于450℃下焙

燒2h，經(jīng)過研磨，過100目篩得到的改性硅藻土的吸附性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于天然硅藻土。如含Zn2+濃度為34mg/g，pH值為5.9的電鍍廢水經(jīng)如上改性之后，廢水中Zn2+濃度顯著低于國家標(biāo)準(zhǔn)。杜玉成［6］的研究在Cd2+=0.005mol/L，用土量3g/L，吸附溫度為20℃，攪拌速度1200r/min條件下，經(jīng)控制變量法研究得到：提高溶液的pH值、吸附溫度，增加溶液Cd2+初始濃度、提高攪拌速度以及增加吸附作用時(shí)間，都能夠不同程度地提高硅藻土對重金屬離子Cd2+的吸附量。劉頻等的研究表明［7］取云南騰沖的硅藻土加水?dāng)嚢柚茲{，添加濃硫酸，攪拌加入6%的改性劑NHT，置于馬弗爐中于500℃下焙燒3h，然后漂洗、過濾、干燥、過0.15mm篩，制得改性后的硅藻土。實(shí)驗(yàn)表明經(jīng)改性處理后的硅藻土對水溶液中Pb2+的吸附作用加強(qiáng)。在室溫條件下，當(dāng)Pb2+的初始濃度為20mg/L、吸附劑投加量為3.0g/L、溶液pH7～8、吸附時(shí)間為60min時(shí)，改性后的硅藻土對水溶液中Pb2+去除率達(dá)96.3%，殘留液中Pb2+的質(zhì)量濃度為0.74mg/L，已達(dá)到國家排放一級標(biāo)準(zhǔn)。

2 凹凸棒土的研究應(yīng)用

凹凸棒土是一種價(jià)格低廉蘊(yùn)藏量豐富的無機(jī)礦物材料，為含水的層鏈狀鎂質(zhì)硅酸鹽礦物。其基本結(jié)構(gòu)是2層硅氧四面體夾一層鎂氧八面體（2∶1）組成的單元層。由于凹凸棒土中的Si4+被Al3+替換， 出現(xiàn)剩余負(fù)電荷，因此具有吸附陽離子的能力。且與其他粘土礦物相比［8］， 凹凸棒土具有較大的比表面積，并具有吸附下限濃度低、達(dá)到吸附平衡時(shí)間短以及解吸附性能優(yōu)異等特點(diǎn)。凹凸棒土吸附迅速高效， 且吸附條件簡單， 因此被應(yīng)用于含有重金屬離子的廢水處理。

郭娜等的研究表明［9］將0.05g的凹凸棒土分別置于初始質(zhì)量濃度均為500mg/L的Cr6+（pH5.0）、Ni2+（pH3.0）、Cu2+等重金屬離子溶液中進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)。當(dāng)吸附時(shí)間為10min時(shí)，凹凸棒土對Cr6+、Ni2+、Cu2+的吸附容量分別達(dá)198、117、99mg/ g；Chi［10］等通過酸改性和NaCl聯(lián)合改性凹凸棒土吸附Pb2+除率達(dá)85%；鄧西海［11］采用FeCl2鹽改性凹凸棒土，改性后的凹凸棒土對As2+的吸附量達(dá)到1mg/L。通過研究得到經(jīng)過無機(jī)改性的凹凸棒土對重金屬離子的吸附量明顯提高。但經(jīng)有機(jī)改性得到的凹凸棒土其吸附性能更加優(yōu)良；鄭建東［12］將凹凸棒土的原礦土用六偏磷酸鈉處理后，再在350～500℃下煅燒后用于吸附研究，其結(jié)果表明改性后的凹凸棒吸附性能大大提高，進(jìn)一步研究后得到改性后的凹凸棒對Gr6+溶液的最佳吸附溫度為350℃，去除率可達(dá)80%；李增新［13］等將殼聚糖負(fù)載到凹凸棒上，對溶液中的Cd2+進(jìn)行吸附研究，吸附率增長近1倍，且5min內(nèi)即達(dá)到了平衡。Hao等［14］利用Y氰丙基三乙氧基硅烷改性凹凸棒土使其對Hg2+的飽和吸附量從5mg/L，提升到90mg/g；另有專利CN201010204328［15］，該申請先將凹凸棒土與水配制成凹凸棒土懸浮液；然后將硅溶膠或一氧化硅懸浮液與凹凸棒土懸浮液混合均勻，再將所得到的混合液噴霧干燥，得到經(jīng)一氧化硅/凹凸棒土復(fù)合粉末制備的凹凸棒土/一氧化硅復(fù)合粉末。其吸附性能良好、制造成本降低，是一種理想的吸附劑。

3 膨潤土

膨潤土是一種以蒙脫石為主要成分的黏土。蒙脫石有很大的內(nèi)外表面積及因?qū)娱g易發(fā)生不等價(jià)陽離子置換而產(chǎn)生永久性負(fù)電荷，這決定了膨潤土具有較強(qiáng)的吸附能力，因此被應(yīng)用于含有重金屬離子的廢水處理［16］。

膨潤土通過高溫煅燒，酸浸漬，鈉化改性及有機(jī)活化等手段有利于改善膨潤土的吸附性能。楊明平等［17］通過溴化十六烷基三甲銨（CTMAB）改性膨潤土后用于含Cr6+工業(yè)廢水的吸附試驗(yàn)，對含Cr6+35mg/L的廢水進(jìn)行處理，Cr6+的去除率達(dá)到98.0%以上；B.Gaspar［19］用Na2S處理膨潤土，將改性后的膨潤土對Cd2+進(jìn)行吸附研究，用該方法可以從10-4～10-6mol/ L Cd2+溶液中去除大約90%的Cd2+；羅太安［20］等研究發(fā)現(xiàn)，在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，改性后的膨潤土Cd2+的去除率達(dá)96%；于瑞蓮［21］研究表明，在適宜條件下，經(jīng)硫酸改性膨潤土對Hg2+的去除率可達(dá)97.1%；李夢耀［22］等研究發(fā)現(xiàn)，活化膨潤土使膨潤土對Hg2+的去除率提高146%；于瑞蓮等［23］用制得的酸改性膨潤土，在一定條件下，可使Cu2+的去除率達(dá)到99.9%；劉峙嶸［24］等發(fā)現(xiàn)增加鉀基蒙脫石用量和提高溫度也有利于Ni2+的吸附，較高堿性pH有利于鉀基蒙脫石界面羥基絡(luò)合配位大量Ni2+。

4 生物吸附劑

生物炭組成元素主要是碳、氫、氧、氮等，含碳量在70%以上。它是一種難溶的、穩(wěn)定的、高度芳香化的、黑色蓬松狀固態(tài)物質(zhì)，是屬于黑炭范疇的一種。生物炭同其它吸附材料一樣具有微孔結(jié)構(gòu)和巨大的比表而積，吸附能力強(qiáng)，能吸附鉛、鉻、汞、銅、鋅等重金屬，因此生物炭在治理水體重金屬污染問題上發(fā)揮著巨大作用。

根據(jù)徐楠楠等研究表明，生物炭對Cd2+的吸附隨著溫度升高，生物炭對Cd2+的吸附量呈增大趨勢，生物炭對Cd2+的吸附約40min即達(dá)平衡。在pH為5時(shí)，生物炭的吸附效果最好［26］；根據(jù)黃界穎等［27］結(jié)果表明：水稻和油菜秸稈具有良好的Cd2+吸附效果，pH值為4-7時(shí)，Cd2+吸附率均可達(dá)到50%以上。在處理200mg/L含Cd2+廢水時(shí)，投加量為10g/L、初始pH值為6，振蕩速率為150r/min、溫度為25℃的條件下，吸附平衡時(shí)間約為90min時(shí)，水稻和油菜秸稈對Cd2+的去除率分別達(dá)到66.5%和68.2%。丁揚(yáng)等研究表明稻草秸稈經(jīng)鹽酸改性后，處理20.0ml含Gr6+的廢水的最優(yōu)試驗(yàn)條件為：最佳濃度為20mg/L、25℃、150r/min、pH4.0、鹽酸改性稻草桔稈投加量為0.080g、吸附接觸時(shí)間為120.0min。改性后的稻草桔稈對廢水中Cr6+的去除率達(dá)到97.65%，吸附量分別為4.88mg/g，處理廢水中剩余Cr6+的濃度分別為0.47mg/L、鹽酸改性的稻草桔稈吸附后廢水中Cr（VI）的濃度低于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978一1996）中規(guī)定的0.50mg/L。

表1 生物炭來源［25］

5 前景與展望

天然吸附材料種類繁多，除本文介紹的幾種以外還有沸石，殼聚糖等。我國具有豐富的天然材料，利用天然吸附材料以及經(jīng)改性后得到的吸附材料處理電鍍廢水有著巨大的應(yīng)用前景。我國對天然材料吸附電鍍廢水的實(shí)際應(yīng)用尚處于研究階段，隨著研究的深入，天然吸附材料必然會在處理電鍍廢水中發(fā)揮越來越重要的作用。

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Present situations of natural adsorption materials and their modifications used to treat electroplating wastewater

Zhang Mengfei1， Zhang JunFeng2 ， Yang KeCheng3（ Northwhest University For Nationalities Lanzhou 730124 ， China ）

Adsorption method has broadly applied prospect as it has the advantages with easy operation， high removal rate，good stability，litter or no secondary pollution， renewable absorbent and low cost. This article introduced natural adsorption material included diatomite，bentonite， attapulgite and charcoal which is used to treat electroplating wastewater.

electroplating wastewater， natural adsorption material， diatomite， bentonite， attapulgite， charcoal