技术：含汞废水吸附性研究

技术技术|含汞废水吸附性研究含汞废水吸附性研究汞是一种毒性极强的重金属元素，具有很强的生物富集性。含汞废水是对环境污染最为严重的工业废水之一，主要来源于PVC合成、氯碱工业、电子工业、混汞炼金以及汞矿开采等生产过程。含汞废水直接排入水体后，在物理、化学以及生物作用下会形成各种形态的汞化合物，甚至转化成毒性更强的甲基汞。含汞废水的处理方法主要有化学沉淀法、金属还原法、吸附法、离子交换法、电解法、微生物法等。但这些方法都存在一定局限性。化学沉淀法会产生含汞污泥，处置费用高;离子交换法不仅运行资本高，而且目前适用于处理重金属离子的树脂种类并不多。电解法不仅耗电大，投资高，并且在处理过程中容易形成汞蒸气，造成二次污染。吸附法由于操作简单，成本低，去除效果好，吸附剂来源多而被广泛使用。常规吸附剂有活性炭、沸石、二氧化硅、离子交换树脂等，但传统吸附剂往往存在吸附效率低、吸附容量小、选择性不高并且难以再回收利用等问题，因此，研究高效环保价廉的吸附材料成为治理含汞废水的一大热点。膨润土是由两层硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的天然层状硅酸盐黏土矿物，具有较大的比表面积和良好的吸附性能，且存储量大，价格低廉，但是天然膨润土直接用于处理污水的效果并不理想。近年来研究发现，通过活化改性能改善膨润土的吸附性能，提高去除水体中有机污染物和重金属离子的能力。纳米TiO2不仅吸附性强，且性能稳定，毒性小，可有利于汞的安全回收，因而成为处理含汞废水中最有发展前景的吸附材料之一，受到广泛关注。但在溶液体系中纳米TiO2通常存在易聚集、难回收等问题，所以选择合适的载体是将纳米TiO2工业应用的关键。膨润土可作为一种较好的载体。TiO2与膨润土的复合不仅可固载TiO2，而且TiO2/膨润土复合材料具有较大的比表面积和孔体积，对污染物具有较好的吸附性能。近年来，TiO2/膨润土复合材料开始应用于污水处理及环境修复。毛树红等以膨润土和TiCl4为原料制备TiO2/膨润土复合材料，研究其对甲基橙的吸附性能，结果显示，经过钛改性后的膨润土吸附速率都显著增大，可快速达到吸附饱和量。刘剑锋研究发现，钛柱撑蒙脱土经过压力溶弹处理后，Ti元素有效替换了Al元素并形成柱撑结构，在紫外光作用下可以有效地去除水体中的无机砷。Gaffour等[18]在超声波条件下合成了掺Fe2O3的TiO2柱撑膨润土，发现在紫外光照射下可以有效降解98%以上的对硝基苯酚。近年来，TiO2/膨润土复合材料多用于污染物的光催化降解及Cr、As、有机污染物等的吸附，关于水中Hg2+的吸附研究鲜有报道，因此本研究通过室内模拟实验，探究TiO2/膨润土复合材料对Hg2+的吸附去除特征，并确定吸附去除Hg2+的最佳条件，以期为TiO2/膨润土复合材料的实际工业应用提供科学理论依据。1、材料与方法材料与方法1.11.1实验材料实验材料实验材料包括纳米TiO2(锐钛矿相，平均粒径100nm)，钙基膨润土。其他试剂，丙三醇、NaOH、HCl、SnCl2、HClO4、NaCl、HNO3均为分析纯，实验用水为超纯水。TiO2/膨润土复合材料(T/P复合材料)：将钙基膨润土加水浸泡制浆，过孔径为2mm的筛，经干燥粉碎过100目筛，制成粉末，然后按TiO2与膨润土质量比例为1:1，取一定量TiO2和膨润土置于烧杯中，加入50mL丙三醇(甘油)作为融合剂，然后在300℃下油浴2h，每间隔0.5h搅匀一次，油浴后静置，倒出上清液，再用超纯水洗净，干燥后研磨过100目。模拟含汞废水配制：称取1.35g氯化汞，溶于水后移入1L容量瓶中并定容至刻度，配制成浓度为1000mg·L-1HgCl2水溶液。其他浓度含汞废水由该溶液稀释得到。1.21.2实验方法实验方法1.2.11.2.1吸附材料表征吸附材料表征观察改性前后膨润土结构特征的变化。采用扫描电镜(SEM，JSM-6610)观察样品的表面形貌和颗粒大小;采用日本岛津XRD-7000型X射线衍射仪(CuKα射线，40kV，30mA)分析样品的晶型结构。1.2.21.2.2单因素吸附实验单因素吸附实验选择添加量、pH、吸附时间、初始Hg2+浓度这4种因素，以单一膨润土做对比，逐步研究这4种因素对T/P复合材料吸附Hg2+的影响。(1)(1)添加量添加量在50mL15mg·L-1的模拟含汞废水中，分别投加不同量的T/P复合材料和膨润土，调节溶液pH为6.0，置于磁力搅拌器上进行吸附，在220r·min-1下T/P复合材料、膨润土分别经12h、2h吸附达平衡后，取少量样液测定平衡溶液中Hg2+浓度。(2)pH(2)pH在各自最优添加量下，用0.01mol·L-1盐酸和0.01mol·L-1氢氧化钠将15mg·L-1模拟含汞废水分别调节至不同的pH，吸附后各取少量样液测定平衡溶液中Hg2+浓度。(3