復合改性粉煤灰處理含鎳電鍍廢水的研究
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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