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復合改性粉煤灰處理含鎳電鍍廢水的研究

更新時間:2019-10-30 09:12 來源:中國污水處理工程網 作者: 閱讀:3795 網友評論0

前言

吸附法適用于處理電鍍廢水中的重金屬離子。常用的吸附材料包括硅藻土、活性炭、粉煤灰及各種改性材料等。本文采用H2SO4、黏土及CaCO3對粉煤灰進行復合改性,并研究了復合改性粉煤灰對含鎳電鍍廢水處理效果的影響。

1、實驗

1.1、實驗材料及儀器

實驗材料:工業級的黏土:分析純的CaCO3、H2SO4、Ni(NO3)2•6H2O、Cu(NO3)2•3H2O、Zn(NO3)2•6H2O:粉煤灰,由陜西某發電廠提供。

實驗儀器:火焰原子吸收分光光度計,離心機,電熱恒溫鼓風干燥箱,高溫箱式爐。

1.2、改性粉煤灰的制備

酸改性粉煤灰的制備:(1)將一定量的粉煤灰與濃度為2mol/L的H2SO4溶液按1:4的質量體積比進行混合,并在90℃下攪拌2h;(2)靜置30min后離心、洗滌;(3)于100℃下過夜干燥、研磨,即可得到酸改性粉煤灰。

復合改性粉煤灰的制備:(1)將黏土、CaCO3和酸改性粉煤灰按一定的質量比混合均勻后,加入一定量的去離子水,并在磁力攪拌器上攪拌30min;(2)離心后于100℃下烘干、研磨;(3)在600℃下焙燒2h,即可得到復合改性粉煤灰。

1.3、吸附實驗

(1)取100mL含Ni2+20mg/L的模擬廢水于錐形瓶中,并調節pH值;(2)向其中加入1g復合改性粉煤灰;(3)置于水浴鍋中,并在一定溫度下攪拌一段時間;(4)取樣:(5)采用火焰原子吸收分光光度計測定溶液中Ni2+的質量濃度,并計算Ni2+的去除率。

2、結果與討論

2.1、不同粉煤灰對Ni2+吸附效果的影響

在吸附劑的投加量1g、Ni2+的初始質量濃度20mg/L、廢水pH值6、反應溫度35℃的條件下,研究了不同粉煤灰對Ni2+去除率的影響,結果如圖1所示。
 

由圖1可知:粉煤灰經復合改性后,其對Ni2+的吸附性能得到了大幅度的提高。一方面,在酸改性過程中,粉煤灰中的金屬氧化物與H2SO4反應生成硫酸鹽,使粉煤灰產生混凝性能;另一方面,酸改性使得粉煤灰的比表面積得到改善,更有利于吸附反應的進行。此外,黏土、CaCO3等助劑的添加進一步增加了吸附官能團種類和吸附比表面積。因此,復合改性后的粉煤灰對Ni2+的吸附性能顯著提高。

2.2、廢水pH值對Ni2+吸附效果的影響

廢水pH值影響吸附劑表面電荷及金屬離子在廢水中的存在形式,進而對吸附過程產生影響。在復合改性粉煤灰的投加量1g、Ni2+的初始質量濃度20mg/L、反應溫度35℃的條件下,研究了廢水pH值對Ni2+去除率的影響,結果如圖2所示。
 

由圖2可知:隨著反應時間的延長,不同廢水pH值條件下的Ni2+去除率呈現出相同的變化趨勢。當廢水pH值較低時,Ni2+的去除率較低。這可能是因為廢水pH值較低時,廢水中H+的濃度較高,H+會占據復合改性粉煤灰的部分吸附位點,與Ni2+形成競爭吸附,導致Ni2+的去除效果不佳。隨著廢水pH值的增大,廢水中H+的濃度降低,更多的吸附位點與Ni2+發生作用,使得Ni2+的去除率顯著提高。當廢水pH值為6時,Ni2+的去除效果最好,Ni2+的去除率可以達到97.68%。

2.3、反應溫度對Ni2+吸附效果的影響

在復合改性粉煤灰的投加量1g、Ni2+的初始質量濃度20mg/L、廢水pH值6的條件下,研究了反應溫度對Ni2+去除率的影響,結果如圖3所示

由圖3可知:隨著反應時間的延長,不同反應溫度下的Ni2+去除率的變化趨勢基本相近。當反應時間大于120min時,Ni2+的去除率趨于穩定。同時,隨著反應溫度的升高,Ni2+的去除率呈現出增大的趨勢。一方面,反應溫度升高能夠加快廢水中Ni2+的擴散速率:另一方面,反應溫度升高也能夠改善吸附劑與Ni2+的親和力,從而提高Ni2+的去除率。

2.4、Cu2+、Zn2+的存在對Ni2+吸附效果的影響

電鍍廢水中除了含有Ni2+以外,還含有其他金屬離子。研究了Cu2+和Zn2+的存在對Ni2+去除率的影響,結果如圖4所示。其中:復合改性粉煤灰的投加量為1g,Cu2+、Zn2+及Ni2+的初始質量濃度均為20mg/L,廢水pH值為6,反應溫度為35℃。

由圖4可知:Cu2+和Zn2+的存在對Ni2+的去除效果影響顯著。復合改性粉煤灰對Cu2+的吸附速率很快,在吸附反應進行到10min時,Cu2+的去除率基本達到平衡。而復合改性粉煤灰對Zn2+和Ni2+的吸附速率較小,Zn2+和Ni2+的平衡時間基本一致。

3、結語

采用H2SO4、黏土及CaCO3對粉煤灰進行復合改性,并研究了復合改性粉煤灰對含鎳電鍍廢水處理效果的影響。結果表明:復合改性粉煤灰顯著提高了Ni2+的去除率。廢水pH值和反應溫度均會對Ni2+的去除效果產生影響。此外,Cu2+、Zn2+存在時與Ni2+形成了競爭吸附,使得Ni2+的去除率顯著降低。復合改性粉煤灰吸附劑對Cu2+、Zn2+及Ni2+的吸附能力順序為:Cu2+>Zn2+>Ni2+。

作者:李蕊,郭麗敏,王素娥

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