電鍍廢水重金屬離子在蒙脫石中的富集及解吸特性研究

項目摘要

蒙脫石對電鍍廢水中重金屬離子的吸附受到多種因素制約，其中溶液pH值的複合影響、溶液中多離子競爭的影響以及2者之間的耦合效應是影響蒙脫石富集重金屬能力的關鍵因素。以往的研究未能清晰解釋以上因素對吸附過程的綜合影響機制，導致相關理論不夠完善。另外有關蒙脫石吸附重金屬的後續處理問題現階段關注不多，對於蒙脫石吸附重金屬後的解吸問題還沒有系統開展研究，關於解吸劑的選擇、解吸影響因素的研究很少，解吸機理及動力學研究則幾乎未見報導。針對以上問題，本課題將在不改變蒙脫石材料本身性質的前提下通過對影響重金屬富集的關鍵因素進行研究，以期進一步提高蒙脫石對重金屬的吸附能力。同時，採用解吸手段使蒙脫石吸附劑能夠做到2次利用。通過本研究，可以在保持蒙脫石吸附劑廉價這一特點的前提下進一步降低該技術的運行成本，同時避免環境的2次污染。對未來該技術的工業化套用具有重要的理論和實踐意義。

結題摘要

採用天然膨潤土，利用高速離心法對原礦進行提純，得到了純度95%以上的高純蒙脫石並提出了“純礦物吸藍量標定法”用於確定蒙脫石含量。研究表明，吸附效率與溶液中重金屬離子濃度以及溶液體積呈負相關，與振盪速度關係不明顯，與吸附溫度呈正相關。溶液離子強度能顯著影響Ni2+的吸附，但是對Cr(VI)的吸附影響並不明顯。蒙脫石對Ni2+的吸附速率非常快，10 min吸附效率可超過70%，平衡吸附效率可達97.8%（初始濃度50 mg/L）。蒙脫石對Cr(VI)的吸附需要在酸性條件下才能實現，Cr(VI)初始濃度10 mg/L，其平衡吸附效率僅有19.3%。不同pH值下蒙脫石表面電位、表面質子化/去質子化反應過程、金屬離子性質及存在形態、水合離子性質等因素以及各因素之間的耦合效應共同影響了重金屬離子的單獨吸附及競爭吸附過程以及吸附機理。表面絡合模型計算結果表明，實驗用蒙脫石表面結構電荷和可變電荷的密度分別為6.52×10-4、3.26×10-5mol/g；pHpHPZNPC，可變電荷位在蒙脫石去質子化反應中起決定性作用。Ni2+和Cr(VI)的吸附分別符合Langmuir和Freundlich等溫吸附模型。Ni2+吸附過程中同時存在顆粒內擴散和膜擴散機制，Cr(VI)的吸附過程中膜擴散是主要控制步驟，Ni2+和Cr(VI)的吸附過程均符合準2級動力學方程。Ni2+吸附過程中的主要機制包括離子交換、外界表面絡合、水解沉澱以及低溫下的物理吸附作用；不同溶液濃度及pH值下影響Cr(VI)吸附的機制包括物理吸附、內界表面絡合、離子交換、靜電斥力等。Ni2+與Cr(VI)之間的吸附競爭程度較弱但與Cu2+之間會發生明顯的吸附競爭，當Ni2+與Cu2+共存時，後者的吸附效率下降幅度在25%左右，陰離子不會影響Ni2+與Cu2+的競爭吸附。蒙脫石對Ni2+和Cu2+的競爭吸附過程符合準2級動力學方程，與單獨吸附相比競爭吸附過程中蒙脫石對重金屬離子吸附能力有15~18%的下降。熱力學分析表明，競爭吸附條件下吸附Ni2+的主導機制為物理吸附而吸附Cu2+的機制為物理吸附與化學吸附的共同作用。競爭程度量化計算結果表明，隨著溶液金屬離子濃度增加，Ni2+的吸附競爭力增強而Cu2+的吸附競爭能力逐漸降低。低p

電鍍廢水重金屬離子在蒙脫石中的富集及解吸特性研究

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