改性硅藻土及其在含铬废水处理中的应用探究

改性硅藻土及其在含铬废水处理中的应用探究王晗怡摘要：硅藻土（ＤＥ）具有孔隙度大、吸收性强、化学性质稳定、有优异的表面性能，增容，增稠以及提高附着力。聚丙烯酰胺（ＰＡＭ）能与分散于溶液中的悬浮粒子架桥吸附，有着极强的絮凝作用。本课题采用ＰＡＭ包覆硅藻土，再将所得改性硅藻土（ＰＤＥ）用于模拟含铬废水及工业含铬废水处理，并对其机理进行探究。通过本课题来对ＰＡＭ改性硅藻土的合成及其对吸附Ｃｒ（Ⅵ）的吸附进行研究。关键词：ＰＡＭ；硅藻土；去除；Ｃｒ（Ⅵ）一、绪论（一）研究背景近些年，我国水环境随着工业的发展持续恶化，屡屡出现因为污染引起的缺水和安全事故。由于吸附法对进水的预处理要求高，吸附剂的价格昂贵，因此在废水处理中，吸附法主要用来去除废水中的微量污染物，达到深度净化的目的。（二）硅藻土的性质及改性方法硅藻土的晶体结构及其矿物学特性天然硅藻土的主要成分是ＳｉＯ２，它具有以下特性：多孔性、较低的浓度、较大的比表面积、相对的不可压缩性及化学稳定性。（三）ＰＡＭ性质及其在水处理中的应用研究进展１．ＰＡＭ的结构性质ＰＡＭ的使用特性：（１）絮凝性；（２）粘合性；（３）降阻性；（４）增稠性。２．ＰＡＭ在水处理中的应用研究阴离子型ＰＡＭ能以任意比溶于水，有很好的水溶解性。在ｐＨ为４－１４达到理想的使用效果。在ｐＨ为７～１４的介质中，显示高聚合物电解质的特性。能够和高价的金属离子交联生成难溶的凝胶体。二、六价铬标准曲线的绘制及ＰＤＥ合成制备（一）标准曲线绘制二苯碳酰二肼分光光度法测定六价铬标准曲线的绘制照ＧＢ７４６７－８７绘制标准曲线。（二）改性硅藻土制备１．制备ＰＡＭ包覆硅藻土取２００ｍＬ浓度分别为１，２，５，１０，２０（ｇ／Ｌ）ＰＡＭ溶液放入５００ｍＬ锥形瓶中，滴加一定量的１ｍｏｌ／Ｌ的ＮａＯＨ溶液，分别加入５０ｇ硅藻土，控制温度匀速搅拌３ｈ，使硅藻土与ＰＡＭ混合均匀，形成ＰＡＭ改性硅藻土（ＰＤＥ），过滤，水洗并静止３ｈ，除去上层浑浊液，得到的土样于９０±２℃下烘干、破碎、研磨，过１５０目筛备用。三、实验分析方法（一）重金属吸附的表征与测定在若干加入一定量浓度的Ｃｒ（Ⅵ）水溶液锥形瓶中，分别加入一定量改性硅藻土，控制反应条件，振荡吸附，测定天然硅藻土对Ｃｒ（Ⅵ）的吸附能力。根据Ｃｒ（Ⅵ）的标准吸收曲线计算出Ａ与Ａ０所对应Ｃｒ（Ⅵ）浓度Ｃ与Ｃ０。吸附率用下列方程式进行计算：Ｐ（％）＝（Ｃ０－Ｃ）／Ｃ０＊１００％（二）不同因素对ＰＡＭ改性硅藻土吸附Ｃｒ（Ⅵ）的影响试验在室温下进行，取含一定浓度Ｃｒ（Ⅵ）水样体积１００ｍＬ，分别投入天然硅藻土５．０ｇ，控制温度匀速反应１ｈ。上述条件不变，改变ＰＡＭ包覆硅藻土的质量、模拟废水中不同的ｐＨ值，水样起始浓度变化对吸附Ｃｒ（Ⅵ）影响。通过去除率、吸附容量来表达改性硅藻土的吸附效果。１．硅藻土中ＰＡＭ含量对Ｃｒ（Ⅵ）的吸附影响图１通过图１比较，采用５ｇ／Ｌ的ＰＡＭ改性硅藻土。与天然硅藻土相比，５ｇ／ＬＰＡＭ改性硅藻土提高了０．４６ｍｇ／ｇＣｒ（Ⅵ）的吸附容量，提高了２３％的相对去除率。由于ＰＡＭ包覆在硅藻土表面上，填充了表面孔隙的同时也增大了其吸附的比表面积，利于吸附Ｃｒ（Ⅵ）。随着ＰＡＭ浓度的增大，当ＰＡＭ浓度提高到１０ｇ／Ｌ以后，由于ＰＡＭ在硅藻土表面堆积，使得硅藻土孔隙变小，ＰＡＭ厚度增大，对重金属Ｃｒ（Ⅵ）吸附能力下降。２．ｐＨ值的影响试样采用水样的初始浓度是１００ｐｐｍ。如图２所示，改性硅藻土对ｐＨ变化对Ｃｒ（Ⅵ）相对自然土有了更大的适用范围，在一般情况下，在酸性条件下，Ｈ＋会抑制硅藻土表面上Ｈ＋的解离，使得硅藻土在酸性条件下吸附重金属离子能力下降。而硅藻土表面经过ＰＡＭ改性后，由于ＰＡＭ包覆在硅藻土表面和填充于硅藻土孔隙中，在改性硅藻土对水中的Ｈ＋可以继续与ＰＡＭ发生水解反应，从而能够形成阴离子型ＰＡＭ，使得改性硅藻土对ｐＨ的适应范围增大。图２３．初始浓度的影响从图３的变化趋势得出以下结论：自然土和经过ＰＡＭ改性后的硅藻土，对于Ｃｒ（Ⅵ）的吸附量随着Ｃｒ（Ⅵ）的初始浓度的增加而增加。在相同初始浓度下，随着浓度的增加，经过ＰＡＭ包覆硅藻土的吸附量较自然土的差距会变得更大。随着Ｃｒ（Ⅵ）含量的变大，增加了相互的接触几率，在一定程度上提升了吸附量。图３４．正交实验根据上述实验，在选择上述影响因素设计相应３３正交实验：（１）改性硅藻土吸附Ｃｒ（Ⅵ）不同浓度ＰＡＭ溶液进行改性；（２）改性硅藻土在不同ｐＨ下吸附；（３）水样的初始浓度。通过实验可知，ｐＨ值对于改性硅藻土吸附Ｃｒ（Ⅵ）的影响因素较大，ＰＡＭ溶液浓度和水样中Ｃｒ（Ⅵ）初始浓度对于Ｃｒ（Ⅵ）的吸附也有一定的影响。得到ＰＡＭ改性硅藻土去除Ｃｒ（Ⅵ）的最佳方案是：当ｐＨ值为６，ＰＡＭ改性浓度为２ｇ／Ｌ，水样中Ｃｒ（Ⅵ）初始浓度为２５０ｐｐｍ，改性硅藻土对于Ｃ