改性高岭土处理含铬废水的研究

许令国，万 梦，李诗瑶，徐数平，赵壮壮，马万征*

(1.铜陵有色金属集团股份有限公司工程技术分公司，安徽 铜陵 244000；2.安徽科技学院 资源与环境学院，安徽 凤阳 233100)

高岭土是一种天然矿产。细腻质白呈现土状。对于固体铬渣中的铬来说，因为物理化学特性不稳定而容易被降水或其他介质迁移，后发生再次污染，由于铬及其化合物及其难于降解，进而通过富集作用进入人体进行累积，对人类健康产生毒害。由此，铬渣的污染已引起人们的广泛注意。利用高岭土的重要性质来处理铬污染。张永利[1]对高岭土改性处理六价铬废水的研究及谢越[2]对含铬废水处理的各种方法机理进行探讨，孙晓峰[3]潘方珍[4]分析了含铬废水处理的发展前景，蒋明琴[5]对改性高岭土对重金属的研究中对六价铬的处理也做了分析。本文以模拟含铬废水为研究对象，对改性高岭土吸附去除铬的不同条件进行了实验研究，通过实验确定了改性高岭土处理六价铬废水时的最优条件。

1 材料与方法

1.1 仪器设备

仪器：FA2004B万分之一电子天平，上海精密仪器721可见分光光度计，pH计，上海雷韵仪器公司THZ-92恒温振荡器，电热恒温鼓风干燥箱，60目80目孔筛。

1.2 实验试剂

改性高岭土的制备(相关改性工艺参考马万征[6])：称取1 g硫酸亚铁与7 g高岭土一起移至250 mL锥型瓶，混合加入90 mL蒸馏水，在室温下置于振荡器上震荡2 h，过滤，取其滤渣在干燥箱100℃下干燥2 h，取混合物于研钵中研磨，然后过筛60目、80目，80目筛上粉末即为目标。

含铬废水的模拟制备：称取0.2830 g高锰酸钾用蒸馏水溶解移入1 L容量瓶中定容，吸取上述液体25 mL于500 mL容量瓶定容浓度为5.0 mg/L，即为模拟废水。

1.3 试验方法

准确称量硫酸亚铁，高岭土并按配比1:7混合改性，在投加量，反应时间，反应温度，和pH值不同条件下研究改性高岭土对六价铬离子的吸附作用并计算去除率，得到最优组合。其中检测模拟废水中六价铬离子含量采用二苯碳酰二肼丙酮 分光光度法。其中制备改性高岭土改性借鉴王友平[7]等温吸附实验参考动力学实验相关参考参考书将展鹏著的环境工程学[8]。刘荣香[9-10]高岭土改性处理六价铬,吴平霄[11]高岭土对重金属离子的研究都对高岭土处理六价铬作了相关介绍处理。

1.4 二苯碳酰二肼丙酮分光光度法

根据二苯碳酰二肼丙酮分光光度法[12]，标准曲线为y = 0.0048x-0.0034，R2= 0.9997。

2 正交实验

2.1 正交实验及结果

表1 正交试验因素及其水平实验结果Table1 Orthogonal test factors and levels

2.2 正交试验因素及其水平实验结果分析

由表1根据正交试验的特性综合可比性，对温度来说1、2、3号实验比较可得相同温度其他不同条件下去除率最高的是二号实验所以k2为温度的优水平；同理可以得出时间的优水平是k2；投加量的优水平为k3；pH值的优水平为k2，四个因素的优水平组合是温度2，时间2，投加量3，pH值为2。通过分析极差R发现RA>RC>RD>RB,所以影响六价铬吸附的主次因素依次为温度，投加量，pH值，时间。本实验的最优水平组合。即硫酸亚铁改性高岭土对六价铬离子的吸附工艺最优组合条件为温度40℃，时间20 min，投加量10 g/L，pH值为2。在此条件下改性高岭土处理六价铬离子的吸附去除率为37.7%。

3 等温吸附实验

用万分之一天平称取0.1、0.2、0.5、0.7、1.0 g改性高岭土置于相同100 mL规格烧杯中，编号1、2、3、4、5。各加入50 mL废水(其浓度为100 mg/L)反应，液体环境pH值为3，温度为常温30℃。恒温振荡器振荡时间为20 min然后对应过滤，分别取下滤液测其六价铬离子含量，计算去除率，得数据如下。

改性高岭土对六价含铬废水的吸附分别用langmuir方程和freundlich方程进行合。

结果分析由等温吸附拟合图(图1、2)可以看出，相较freundlich方程，langmuir方程更能准确描述改性高岭土吸附六价铬的吸附模型。langmuir拟合方程为t/qe=182.29t-10.77，R2= 0.9354.a=0.059，b=0.093。freundlich方程lgq=12.966lgpe-17.268，R2=0.9381。KF为其吸附常数表示吸附能力的大小计算求得为0.7929，说明吸附剂对六价铬亲和力大小。n在freundlich方程中是参数，计算求得n=0.0771。由于该方程基于单分子层推导，这些结果表明，吸附同一单层模型[12]。

图1 langmuir方程拟合Fig.1 equation fitting of Langmuir equation

图2 freundlich方程拟合Fig.2 fitting of Freundlich equation

4 动力学实验

图3 一级动力学拟合Fig.3 First - order dynamic fitting

图4 二级动力学拟合Fig.4 second order dynamics fitting

分析由图3、图4拟合的动力学方程可以看出改性高岭土吸附六价铬在二级动力学方程中能够很好的拟合，由拟合直线的效果可以看出准二级动力学吸附方程拟合的效果比一级拟合的更强一点。一级动力学方程拟合与实验数据点重合处比二级少一些，其中一级拟合曲线为ln(1-q/qe)=-0.0357t，k1=0.041，相关系数R2=0.9044。而二级动力学方程拟合实际qe为1.29 mg，于本实验理论qe为1.44 mg结果相近。二级拟合方程为t/q=0.6912t+1/11.676，R2为0.94所以准二级动力学方程能更好的描述吸附实验动力学方程。

5 结论

(1)正交试验：最优水平组合。即硫酸亚铁改性高岭土对六价铬离子的吸附工艺最优组合条件为温度40℃，时间20 min，投加量10 g/L，pH值为2。在此条件下改性高岭土处理六价铬离子的吸附去除率为37.7%。

(2)等温吸附实验：在实验室303 K时，较freundlich方程，langmuir方程更能表现硫酸亚铁改性高岭土吸附模拟六价铬废水的吸附行为。其中langmuir方程R2= 0.93。

(3)动力学方程拟合发现，在实验室303 K时，硫酸亚铁改性高岭土对六价铬离子的吸附符合准2级动力学方程。平衡吸附量实验理论qe为1.44 mg与试验qe=1.29 mg结果相近。