柱撑蒙脱石吸附水中硫酸根离子的实验研究

1、文章编号 :100024734 (2001) 0320470203柱撑蒙脱石吸附水中硫酸根离子的实验研究刘桂荣廖立兵( 中国地质大学 材料科学与工程学院 , 北京 100083)摘要 :在实验条件下 ,制备了两种柱撑蒙脱石 ,用 x 射线衍射分析和 b e t n2 比表面积分析对其进行了表征 ,并对水中的硫酸根离子进行了吸附试验 ,通过正交实验研究了柱撑蒙脱石对水中硫酸根离子的吸附率 、吸附 容量及其与硫酸根离子初始浓度 、p h 值 、吸附时间等因素间的关系 ,确定了它们吸附硫酸根离子的适宜条件 ,并与钠蒙脱石对水中硫酸根离子的吸附情况进行了对比 。在此基础上初步探讨了吸附的机理 ,认为

2、al13及 al2 o3 柱撑蒙脱石具有很强的吸附硫酸根离子的能力 ,在 p h 分别为 4 和 5 时硫酸根离子去除效果最好 。关键词 :柱撑蒙脱石 ;吸附 ;硫酸根离子中图分类号 : p579 ; tb383文献标识码 :a作者简介 :刘桂荣 ,女 ,1970 年生 ,硕士 ,矿物学专业 .的样品 ,与 100 ml 一定质量浓度的 so2 - 溶液同柱撑蒙脱石是将一些聚合羟基金属阳离子引入到蒙脱石层间使其孔道特性和热稳定性都有 所提高的一种新型孔道吸附材料 。柱撑蒙脱石用 于污水处理方面起步较晚 ,而且主要集中于有机 物和无机阳离子1 ,2 的处理 , 在处理阴离子3 和 酸根离子3 ,

3、4 的报道较少 , 而用于处理硫酸根离 子的报道未曾见到 。一些工矿企业废水富含硫酸 根离子 ,传统的治理方法是用电气石 、石灰石综合 或生物处理 ,但总是难以获得满意的效果 。本研 究的主要目的是对蒙脱石进行柱撑改性后用于硫 酸根离子的吸附 ,开发一种价格低廉 、用于工业含 硫酸根离子污水处理的吸附材料 。4置于 250 ml 三角瓶中 ,在指定的 p h 值 、室温 ( 25) 条件 下 , 以 180 r/ min 速 度 恒 温 振 荡 一 定 时间 ,然后过滤 , 取清液测定 so2 - 的 浓 度 。so2 -44的浓度用重量法测定 。不同浓度的 so2 - 溶液是44 ()用 n

4、a so 分析纯 配置 。22结果与讨论粉晶 x 射线衍射结果见图 1 ,被测样品的层间 距 分 别 为 ca2m t : d (001)= 1 . 580 1 nm , na2m t : d (001)= 1 . 247 5 nm ,al13 pm t :=d (001)1 . 818 7 nm , al2 o3 pm t : d (001) = 1 . 785 9 nm , 表明柱撑蒙脱石层间距已明显增大 ,与文献报道值 相近 。al13 pm t 和 al2 o3 pm t 的 b e t 比表面积测试图结果分别为 133 m2 / g 和 170 m2 / g ,均较未1样品与实验方法

5、实验所选用的蒙脱石为安徽省黄山市产的钙基蒙脱石 。蒙脱石经粉碎 、提纯 、干燥 、研磨后过180 目 ,柱撑蒙脱石的制备方法参照文献 5。 用粉晶 x 射线衍射法和 b e t n2 比表面积测试仪对钙蒙脱石 ( 记为 ca2m t) 、钠蒙脱石 ( 记为na2m t) 、柱 撑 蒙 脱 石 ( 记 为 al13 pm t) 以 及 350焙烧后的蒙脱石 (记为 al2 o3 pm t) 分别进了分 析 ,以检测柱撑的效果 。用 na2pm t 、al13 pm t 、al2 o3 pm t 分别进行2柱撑蒙脱石的比表面积 (5060 m / g) 有所增加 ,但与文献 5 的报道值相比偏低

6、。2 -为了获得铝柱撑蒙脱石对 so4 离子的最佳吸附条件并与未柱撑蒙脱石进行对比 ,进行了三 组正交实验 。表 1 列出了正交实验考虑的影响因 素及所采用的水平 。结果表明 , 在 实 验 条 件 下 ,2 -na2m t 吸附前后溶液中 so4 离子浓度变化不大 ,吸附容量最大仅为 9 mg/ g ,最高去除率仅为7 % ,而 al13 pm t 的吸附容量可达 22 mg/ g ,去除 率为 26 % ;al2 o3 pm t 的吸附容量为 35 mg/ g ,去对 so2 - 的吸附实验 。实验方法是 :称取一定质量4收稿日期 :2000211217从图 2c 可以看出随着样品用量的增

7、加 ,对硫酸 根 离 子 的 吸 附 率 呈 直 线 增 加 的 趋 势 。当al2 o3 pm t 样品为 15 g/ l 时吸附率可达86 . 4 % ; al13 pm t 样品为 15 g/ l 时 ,吸附率可达 73 % 。图 1 样品的粉晶 x 射线衍射图fig. 1 . xrd pat terns of t he samples.( 中国地质大学 x 光室测定)除率为 20 % 。通过正交实验方差分析 ,得出各因素对 al2o3 pm t 和 al13 pm t 的除硫酸根离子性能 影响程度大小依次为 :p h 值 > 初始浓度 > 投放量> 时间 。确定的各种

8、样品的最佳吸附条件见表 2 。表 1 正交实验设计 table 1 . ort hogo nal experi ment design 2 -振荡时间so4 初始浓度投样量影响因素p h / h / ( mg/ l ) / mg 各因素水平357250350450345250300350 9 550 7 400 正交表 l 16 ( 44)表 2 样品最佳吸附条件 table 2 . opti mum adso rptio n levels of t he samples 图 2 样品用量对吸附效果的影响fig. 2 . effect s of sample quantities o n t

9、he adsorp tio n effectiveness.2 -振荡时间so4 初始浓度投样量样品p h / h / ( mg/ l ) / mg al13 pm t al2o3 pm t9555055045350350在投样量为 400 ,600 ,800 ,1 000 mg 以及 p h为 5 和 4 时 ,对 al2 o3 pm t 和 al13 pm t 吸附硫酸 根离子后溶液中的 al3 + 含量进行了测试 (中国地质大学化学分析室测定) ,最大含量为0. 09 mg/ l ,近乎为零 ,说明在吸附过程中基本没有铝溶出 。图 2 是样品用量与吸附容量 q、吸附后溶液中 so2 -

10、浓度 ce 、吸附率 v 的关系 。4从图 2a 可以看出随着样品用量的增加吸附容量的变化不大 ,基本呈平缓的变化趋势 。但当 样品用量为 10 g/ l 时 ,样品的吸附容量最大 ,以后随用量的增加呈下降趋势 。al2 o3 pm t 样品的最大吸附容量可达 40 mg/ g ; al13 pm t 样品的最 大吸附容量可达 31 mg/ g 。从图 2b 可以看出随着样品用量的增加吸附后溶液中的硫酸根离子浓度呈直线下降的趋势 , 当样品用量为 10 g/ l 时 ,al2 o3 pm t 样品已达到 排放标准 ,在用量为 15 g/ l 时 ,样品 al13 pm t 也3结论(1) 柱

11、撑 蒙 脱 石 al13 pm t 和 al2 o3 pm t 具有很强的吸附硫酸根离子的能力 ;p h 为 4 或 5 的条件下 ,投样量 10 15 g/ l ,平衡时间为 5 9 h的条件下 ,对含 so2 - 浓度为 550 mg/ l 溶液的去4除 so2 - 效果均可达到排放标准 。4pm t 和 al o pm t 的除 so2 - 率均(2) al132 34随投放量的增加而提高 。矿物学报2001 年472(3) al13 pm t 和 al2 o3 pm t 吸附 so2 - 过程势 , alpm t 的 最 大 吸 附 容 量 为 31 mg/ g ,413中铝的溶出率近

12、乎为零 。(4) 吸 附 容 量 与 投 放 量 的 关 系 基 本 变 化 不 大 ,当样品用量为 10 g/ l 时 ,样品的吸附容量最 大 ,以后随样品用量的增加 , 吸附容量呈下降趋al2 o3 pm t 的最大吸附容量为 40 mg/ g 。致谢 :本文在实验过程中得到了中国地质大学 ( 北京) 化学分析室姜浩 、陈立平 、王英滨以及卢晓英等同志的大力 支持 ,在此谨致谢意 。参考文献采用柱状薄层状和羟基2间层蒙皂石吸附氯苯酚 j . 国外非金属矿 ,1 zielke r c and pinnavaia t j .1989 ,3 :5055 .吸附环境毒物的改性粘土吴平霄 ,张惠芬

13、,郭九皋 ,王辅亚 ,刘小勇. 无机 - 有机柱撑蒙脱石对苯酚的吸附j . 地球化学 ,1999 ,28 ( 1) :5869 .孙家寿 ,刘羽 ,鲍世聪 ,王玉林 ,胡智. 铝锆交联膨润土对废水中铬的吸附研究j . 非金属矿 ,2000 ,23 ( 3) :1314 .孙家寿 ,刘羽 ,鲍世聪 ,王玉林 ,漆露 ,殷金会. 交联粘土矿物的吸附特性研究 ( ) j . 武汉化工学院学报 ,1997 , 19 ( 1) :3437 .吴平霄 ,张惠芬 ,郭九皋 ,王辅亚. 柱撑蒙脱石制备与表征j . 矿物学报 1997 ,17 ( 2) :200207 .2345remo val of s ul

14、 fate from aqueo us sol utio ns byadso rptio n o n pill ared mo ntmo rillo niteliu guiro ngliao libing( school of materials science and engineering , china u niversit y of geo sciences , beijing 100083)abstract : two kinds of al pillared mo nt mo rillo nites were p repared and characterized by means

15、 of pow derx2ray diff ractio n and b e t n2 adso rp tio n surf ace area analysis. sulf ate adso rp tio n experiment s wit h al13 and al2 o3 pillared mo nt mo rillo nites were co nducted. the op timum sulf ate2adso rp tio n co nditio ns of t hese t wo samples were investigated in detail . desulf atio n mechanism also