葛 玲 王翔宇 朱秋雨

(遼寧工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

含磷廢水來源于化工行業(yè)、制藥業(yè)以及肥料流失等工業(yè)生產(chǎn)。磷是引起水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵營養(yǎng)物質(zhì)[1]。一旦出現(xiàn)富營養(yǎng)化，就會使得水中生物因缺氧而大量死亡，而這些死亡的水生生物分解需要氧，從而惡性循環(huán)，直至消耗完水體中的氧。最終天然水體變?yōu)楹诔羲w。

我國膨潤土的儲量位居世界前列，產(chǎn)量和出口量非常巨大[2]。膨潤土主要成分是蒙脫土，其性質(zhì)與蒙脫石種類和含量有關(guān)，由于膨潤土兩層硅氧四面體之間靠分子間范德華力連結(jié)，沒有氫鍵結(jié)合力，該結(jié)構(gòu)不牢靠，受到外力作用或者遇到極性水分子作用會使層間膨脹甚至脫離，這就使得膨潤土可作為天然吸附劑，通過改性方法改性后可進一步改善其吸附性能[3]。利用氫氧化鈉對膨潤土進行改性處理可提高其吸附能力，除去含磷廢水中大部分的磷。

1 實驗部分

1.1 實驗材料及藥品

膨潤土、鉬酸銨、抗壞血酸、磷酸二氫鉀、過硫酸鉀、硫酸、氫氧化鈉。

1.2 實驗設(shè)備

水浴恒溫振蕩器、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、可見分光光度計、電子天平、酸度計。

1.3 實驗方法

1.3.1 磷標準曲線的繪制

采用鉬藍分光光度法，按文獻[4]繪制磷標準曲線，得到擬合方程為：

y=0.45116x+0.01473

式中：x—溶液中磷的質(zhì)量，μg；

y—經(jīng)空白校正后吸光度。

1.3.2 膨潤土的預(yù)處理

將膨潤土碾細、碾碎，用水制成泥漿，靜置過夜。第二天取泥漿加水制成土漿，靜置過夜。直至泥漿下層砂石不可見，將其置于瓷托盤放到烘干爐中200℃烘干12小時。

1.3.3 膨潤土的改性

取2 g預(yù)處理后的膨潤土加入到150 mL磨口瓶中，加入8 ml一定濃度的改性劑(氫氧化鈉溶液)，置于水浴恒溫振蕩器中，在160 r/min的轉(zhuǎn)速下振蕩一定時間，放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中以105℃恒溫烘干至恒重，得到改性膨潤土。膨潤土的改性效果用相同條件下吸附實驗中的磷去除率來加以衡量。

1.3.4 改性膨潤土處理含磷廢水

在150 mL磨口瓶中加入50 mL濃度為10 mg/L的模擬含磷廢水，再加入一定量改性膨潤土，調(diào)節(jié)廢水pH為7，將錐形瓶放入恒溫水浴振蕩器中，以160 r/min振蕩一定時間，過濾，用鉬酸鹽分光光度法測定濾液中的磷濃度，計算磷去除率。

2 結(jié)果與討論

2.1 膨潤土的改性

2.1.1 改性溫度對膨潤土改性效果的影響

固定膨潤土加入量為2 g、4 mol/L氫氧化鈉溶液加入量為8 mL、改性時間為70 min、改性溫度分別為20℃、25℃、30℃、35℃、40℃和45℃，考察其對膨潤土改性效果的影響。

改性溫度對膨潤土改性效果的影響如圖1所示。

由圖1可以看出，當(dāng)改性溫度低于30℃時，磷去除率隨著改性溫度的升高而提高，這是因為改性溫度越高，改性反應(yīng)進行的越劇烈，改性效果越好，磷去除率越高；當(dāng)改性溫度達到30℃時，改性反應(yīng)已足夠劇烈，再提高改性溫度，對改性效果影響不大，磷去除率基本沒有變化。

圖1 改性溫度對膨潤土改性效果的影響

故選取最佳改性溫度為30℃。

2.1.2 改性時間對膨潤土改性效果的影響

固定膨潤土加入量為2 g、氫氧化鈉溶液加入量為8 mL、改性溫度為25℃、氫氧化鈉濃度4 mol/L，改變改性時間分別為40 min、50 min、60 min、70 min、80 min、90 min，考察其對膨潤土改性效果的影響。

改性時間對膨潤土改性效果的影響如圖2所示。

圖2 改性時間對膨潤土改性效果的影響

從圖2可以看出，當(dāng)改性時間少于70 min時，磷去除率隨著改性時間的延長提高，這是因為改性時間越長，氫氧化鈉與膨潤土接觸越充分，改性程度越高，改性效果就越好，磷去除率越高；當(dāng)改性時間達到70 min時，氫氧化鈉對膨潤土的改性已基本完成，再延長時間，對改性效果已沒有太大影響，磷去除率基本不變。

故選取最佳改性時間為70 min。

2.1.3 改性劑濃度對膨潤土改性效果的影響

固定膨潤土加入量為2 g、氫氧化鈉溶液加入量為8 mL、改性溫度為25℃、改性時間為60 min，改變氫氧化鈉濃度分別為1 mol/L、2 mol/L、3 mol/L、4 mol/L、5 mol/L和6 mol/L，考察其對膨潤土改性效果的影響。

改性劑濃度對膨潤土改性效果的影響如圖3所示。

圖3 改性劑濃度對膨潤土改性效果的影響

從圖3可以看出，當(dāng)氫氧化鈉濃度達到4 mol/L時，磷去除率隨著濃度的增大而提高，當(dāng)吸附劑濃度達到4 mol/L時，去除率達到頂峰，濃度繼續(xù)升高，去除率變化極小，這是因為膨潤土層中的金屬離子已被置換殆盡，達到最大飽和，即便鈉離子再增加，對磷的去除率不會有變化。

故選取最佳改性劑濃度為4 mol/L。

2.2 改性膨潤土處理含磷廢水

2.2.1 吸附溫度對磷去除率的影響

固定改性膨潤土投加量為2.0g、吸附時間為60 min、廢水pH為7，改變吸附溫度分別為20℃、25℃、30℃、35℃、40℃和45℃，考察其對磷去除效果的影響。

吸附溫度對磷去除率的影響如圖4所示。

圖4 吸附溫度對磷去除率的的影響

從圖4可以看出，當(dāng)吸附溫度低于35℃時，磷去除率隨著吸附溫度的升高而提高；超過35℃后再升高吸附溫度，磷去除率下降。這是因為，超過35℃后，物理吸附量隨溫度升高急劇降低，從而降低其對磷的總吸附量，磷去除率降低。

故選取最佳吸附溫度為35℃。

2.2.2 吸附時間對磷去除率的影響

固定吸附溫度為30℃、改性膨潤土加入量為0.5 g、廢水pH為7，改變吸附時間分別為30 min、40 min、50 min、60 min、70 min和80 min，考察其對磷去除效果的影響。

吸附時間對磷去除率的影響如圖5所示。

圖5 吸附時間對磷去除率的影響

從圖5可以看出，當(dāng)吸附時間低于50 min時，磷去除率隨著吸附時間的延長而提高，在50～60 min開始平緩，吸附時間達到60 min后上升趨勢已基本停止。在吸附反應(yīng)初期，含磷極性分子進入膨潤土層，逐漸填充膨潤土層間的間隙與孔洞這兩種反應(yīng)相對穩(wěn)定，在反應(yīng)初期的吸附速率較快，50 min后逐漸變緩，是因為離子交換速度比物理吸附快的多，離子交換率先反應(yīng)結(jié)束，只剩下物理吸附，所以吸附速率減緩，60 min時吸附基本達到平衡狀態(tài)。

故選取最佳吸附時間為60 min。

2.2.3 改性膨潤土用量對磷去除率的影響

固定吸附溫度為30℃、吸附時間為60 min、廢水pH為7，改變改性膨潤土加入量分別為0.5 g、1.0 g、1.5 g、2.0 g、2.5 g和3.0 g，考察其對磷去除效果的影響。

吸附劑用量對磷去除率的影響如圖6所示。

從圖6可以看出，當(dāng)改性膨潤土用量低于2.0g時，磷去除率隨著改性膨潤土用量的增多而提高，磷去除率越高；當(dāng)改性膨潤土用量達到2.0 g時，廢水中磷離子已基本被吸附完全，再增加改性膨潤土用量，磷去除率沒有明顯變化。

圖6 改性膨潤土用量對磷去除率的影響

故選取最佳改性膨潤土用量為2.0 g。

3 結(jié)論

采用氫氧化鈉對膨潤土進行改性，利用改性膨潤土處理含磷廢水，通過實驗得出以下結(jié)論：

(1)利用氫氧化鈉對膨潤土進行改性，可提高其對磷離子的吸附能力。

(2)改性膨潤土可對廢水中的磷離子進行物理吸附和離子交換吸附。

(3)采用改性膨潤土處理含磷廢水，可使廢水中磷的濃度由10 mg/L降到0.5 mg/L，磷去除率達95%。