硅藻土吸附重金属离子研究现状及进展作者朱健王平罗文连王稻远张烨课件

硅藻土吸附重金屬離子研究現狀及進展

作者:朱健王平羅文連王稻遠張烨報告學生:劉宇謙摘要硅藻土作為一種黏土礦物，具有巨大的比表面積和眾多的孔道，同時含有大量的活性基因和負電荷，能很好地吸附水体中的重金屬離子，因此開展硅藻土對重金屬離子的吸附研究具有重要意義。前言自然界存在着大量具有微孔结構的粘土礦物，這些礦物具有巨大的比表面積和眾多的孔道，同时還含有大量的活性基因和負電荷，能夠很好地吸附水体中的重金屬離子，這些礦物包括硅藻土[1-13]、蛙石[14-18]、沸石[19-23]、膨潤土[24-27]、蒙脱石[28-29]、高嶺石[30叫等。吸附法主要是通過重金屬離子與這些吸附材料之間的離子交換、静電吸附、綜合吸附、配位吸附等物化作用機制而去除水体中的重金屬。吸附法作為一種重要的廢水處理方法已經廣泛用於含重金屬離子廢水處理，但吸附法的關键是吸附材料的選擇，吸附材料必需具備吸附能力較强，來源較為豐富，價格便宜，可再生等要求。而粘土礦物，尤其是硅藻土，很好地符合了這些要求。吸附條件影響硅藻土吸附重金屬離子的因素主要有硅藻土投加量、離子初始濃度、吸附質溶液溫度、吸附質溶液初始pH值和吸附作用時間，目前，已有不少研究人員對硅藻土吸附重金屬離子進行了研究，研究對象涉及Cu(11)、Pb(11)、Zn(11)、Cd(II)、Mn(11)、Cr(VD、Hg(11)

，其中吸附條件的研究最為詳實。硅藻土的用量隨著硅藻土用量的增加，溶液中的重金屬離子去除率增大，而硅藻土对重金屬離子的吸附量卻不斷減小。硅藻土用量對其吸附重金屬離子的影響主要通過改變比表面積、通道、是羥基和吸附點位来實現的。對於硅藻土吸附Pb(11)來說，最佳硅藻土用量通常為1.0~4.0，也有其它研究表明最佳用量小於1.0g/L，天硅藻土最佳用量一般為3.0g/L。針對同一重金屬離子，最佳硅藻土用量卻不盡相同，究其原因，首先是硅藻土產地不同，不同產地的硅藻土其化學成分和純度都不同，從而其吸附性能也就有一定的差别;其次是改性方法不同，通過不同改性方法得到的硅藻土，其吸附性能大不相同。離子初始濃度隨著重金屬離子初始濃度增大，溶液中重金屬離子的去除率下降，硅藻土吸附量先增大後減小。在硅藻土用量一定的條件下，離子初始濃度對硅藻土吸附重金屬離子的影響與比表面積占有率、硅是羥基活性、孔道飽和率以及離子表面自由能大小密切相關。針對同一對同一重金屬離子，最佳初始濃度不同的原因與硅藻土用量的原因相同。，最佳初始濃度不同的原因與硅藻土用量的原因相同。首先是硅藻土產地不同，不同產地的硅藻土其化學成分和純度都不同，從而其吸附性能也就有一定的差别;其次是改性方法不同，通過不同改性方法得到的硅藻土，其吸附性能大不相同。吸附質溶液溫度溫度是影響硅藻土吸附重金屬離子的重要因素之一，大部分研究表明，隨著溫度升高，重金屬離子去除率升高，硅藻土对重金屬離子的吸附量也隨之增加。原因在於溫度的升高可以增加硅捏羥基的數目，加快溶液中離子運動速度，提高溶液中離子的活性，激活硅藻土的吸附點位，但溫度過高不利於吸附的進行。吸附作用時間在吸附作用初期，隨著時間的延長，重金屬離子的去除率迅速提高，硅藻土對重金屬離子的吸附量也隨之明顯增大，但隨著時間的繼續延長，去除率及吸附量都緩慢超於平衡。重金屬離子的去除率以及硅藻土對重金屬離子的吸附量隨時間變化反應了吸附速率的大小。根據相關研究，硅藻土對Pb(11)的最佳吸附時間從5min到180min都有可能，而對Cu(11)最佳吸附時間又在30~240min之間變化，對Zn(11)的最佳吸附時間也不盡相同，這主要與硅藻土產地和改性方法不同有關。對Cr(VD

、Cd(11)、Mn(11)、Hg(11)最佳吸附時間根據目前研究結果初步可確定為25、60、30、10min。吸附质溶液初始pH值吸附質溶液初始pH是影響吸附的重要作用因素。研究表明，當pH值較低時(一般認為pH<4),溶液呈酸性，不利於吸附的進行;當pH值在4~7之間時，溶液呈弱酸性或接近於中性，硅藻土對重金屬離子的吸附效果較好;當pH≧8時，虽然重金屬離子的去除率很高，有時甚至達到100%pH值的變化能改變硅藻土表面的C電位;其次，在較低pH值時，溶液中的H+濃度較高，存在H十與重金屬離子競爭吸附。對於硅藻土吸附Pb(11)來說，大部分研究認為最佳溶液pH值為7~8，也有部分學者認為是4~6，極少數學者認為小於4;對於Cu(11)來說，一般認為最佳溶液pH值在4~6之間;也有認為是7~8;對於Zn(11)、Cd(11)、Mn(11)、Hg(11)，大部分研究認為最佳溶液pH值在6~7之間，至於研究结果存在一定的差異一般與硅藻土改性方法、實驗條件以及操作有關。展望雖然硅藻土應用於含重金屬離子廢水處理的研究已經開展了一段時間了，但其應用基础研究相當薄弱，因此，深入開展硅藻土對重金屬離子的吸附研究具有重要意義和良好前景。结论与讨论使用ArcGIS軟件實現不同尺度的數據綜合，得出以下結論:(1)利用ArcGIS强大的数据编辑和处理功能，能夠實現小尺度到大尺度的數據綜合。不同應用目的選取不同的綜合條件，判斷不同層次的語意鄰近。(2)小尺度到大尺度的數據綜合與尺度的跨度有關係，比例尺從1:10000綜合到1:20000,與綜合到1:25000進行比較，綜合的條件不一樣，綜合後地物的數目也不同，後者的綜合條件更高，綜合後地物數目更少。(3)使用ArcGIS軟件進行綜合，需多步綜合操作完成，操作的先後順序影響綜合的结果，在吸附過程中，如果交換多邊形聚合和融合的順序，綜合的结果不同。參考文獻[1]严刚，肖举强.硅藻土与FeCI组配处理含Pb2+废水研究[J].金属矿冶.2007.375:103-115.[2]丁社光.硅藻土对铅离子的静态吸附试验研究[J].重庆工商大学学报z自然科学版.2007.24(1):51-55.[3]沈岩柏，朱一民，王忠安，等.硅藻土对水相中Pb2+的吸附[J].东北大学学报z自然科学版.2003.24(10):982-985.[4]张秀丽，曹新，赵增迎.改性硅藻土处理含重金属Cu2+废水[J].中国非金属矿工业导刊.2007.(59):58-62.[5]沈岩柏，朱一民，魏德洲.硅藻土对钵离子的吸附特性[J].东北大学学报:自然科学版.2003.24(9):907-910[6]汪德进，黄银芝.硅藻土吸附水中CrCVI)的实验[J].化学工程师.2007.141(6):28-30.[7]杜玉成，叶力佳，刘燕琴.硅藻土吸附重金属离子Cd2+的动力学研究口].中国非金属矿工业导刊.2004.(38):38-40.[8]荆立坤，王银叶，王强.纳米分子筛和硅藻土去除水中锺离子的研究[J].天津城市建设学院学报.2008.14(3):207-209.[9]杨宇翔，王鹏，吴介达，等.用微电泳法研究改性硅藻土的表面性质[J].无机化学学报.1998.14(1):7-52.[10]ChangTW.WangMK.LinC.Adsorptionofcopperinthe

differentsorbent/waterratiosofsoilsystems[J].WaterAir

andSoilPollution.2002.1380/4>:199-209.

[l1]杨宇翔，吴介达，王鹏，等.硅藻土表团酸性质的研究[J].元

机化学学报.1996.12(4):356-360.

[12]BayatB.Combinedremovalofzinc(n)andcadmium(n)

fromaqueoussolutionbyadsorptionontohigh-calciumtruk

ishflyash[J].WatcrAirandSoilPollution.2002.1360/4):

69-92.

[13]CaillerieJB.AimeurMR.KortobiYE.Wateradsorption

onpyrogenicsilicafollowedbyHMASNMR[J].J.Colloid

InterfaceSci.•1997.194:434-439.

[14]李兵，廖家莉，张东，等.蛙石对Cs的吸附性能研究[J].

四川大学学报z自然科学版.2008.450):115-120.

[15]于旭彪，吴晓芙，芦鹏，等.固液体系中握石吸附Cu2+动力

学研究[J].湘潭大学z自然科学学报.2007.29(2):80-86.

[l6]DasNC.BandyopadhyayM.Removalofleadbyvermiculite

medium[J].ApplyClayScience.1991.6:221一231.

[17]MathialaganT.ViraraghavanT.Adsorptionofcadmium

fromaqueoussolutionsbyverrniculite[J].SeparationScience

andTechnology.2003.38(1):57一76.

[19]Kithomem.PaulJW.Kineticsofanmmoniumadsorptionand

desorptionbythenaturalzeoliteclinoptilolite[J].SoilSci.

Soc.AmJ.•1998.62(3):622-629.

[20]AndoH.miharaC.Thefateofammoniumnitrogenapplied

tofloodedriceasaffectedbyzeoliteaddition[J].SoilSci.•

1996.42:531-538.

[21]Haidoutic.Inactivationofmercuryincontaminatedsoilsusing

naturalzeolites[1].Sci.TotalEnviron.•1997.208:

105-109.

[2]月王春峰，李健生，王连军，等.粉煤灰合成NaA型沸石对重金

属离子的吸附动力学[J].中国环境科学.2009.29(1):[18]刘勇，肖丹，杨文树，等.垣石吸附Pb2+的动力学和热力

学机理研究[J].四川大学学报z工程科学版.2005.37(5):62

-67.

[2]月王春峰，李健生，王连军，等.粉煤灰合成NaA型沸石对重金属离子的吸附动力学[J].中国环境科学.2009.29(1):3641.[23]胡克伟，贾冬艳，查春梅，等.天然沸石对重金属离子的竞争性吸附研究[J].中国土壤与肥料.2008.(3):66-68.[24]SjblomR.BjurstrrnH.PuschR.Feasibilityofcompactedbentonitebarriersingeologicaldisposalofmercury-containir>Ewaste[JJ.Appl.ClaySci.•2003.23:187一193.[25]PivatoA.RagaR.TestsfortheevaluationofammoniumattenuationinMSWlandfillleachatebyadsorptionintobentoniteinalandfillliner[J].WasteManage.2006.26(2):123132.[26]VillarMV.García-SinerizJL.Bárcenar.etal.Stateofthebentonitebarrierafterfiveyearsoperationofaninsitutestsimulatingahighlevelradioactivewasterepository[JJ.EngineeringGeology.2005.80:175-198.[27]HuQH.QiaoSZ.HaghsereshtF.WilsonMA.LuGQ.Adsorptionstudyforremovalofbasicreddyeusingbentonite[JJ.lnd.Eng.Chem.Res..2006.45(2):733一738.[28]朱霞萍，白德奎，李锡坤，等.锅在蒙脱石等粘土矿物上的吸附行为研究[J].岩石矿物学杂志.2009.28(6):643-647.[29]叶玲，张敬阳.整合物调控蒙脱石电动电位及其吸附铅离子性能[J].高等学校化学学报.2009.30(2):2478-2483.[30]ShahwanT,AkarD•ErogluAE.PhysicochemicalcharacterizationoftheretardationofaqueousCs+ionsbynaturalterizationoftheretardationofaqueousCs+ionsbynatural[31]郭坤梅，马毅杰.几种粘土矿物对Pb2+的吸附作用及其主要线的测定[]].重庆工商大学学报z自然科学版，2008,25(3):影响因素的探讨[]].地质地球化学，1997，(4):109-112.[32]ParkmanRH,CharnockJM,LivensFR,etal.Astudyof[42J赵芳玉.临江三级硅藻土吸附重金属的研究[D].长春:吉林theinteractionofstrontiumionsinaqueoussolutionwiththe大学，2009.surfacesofcalciteandkaolinite[J].GeochimicaetCosmochimicaAc钮，1998,62(9):1481-1492.[33]刘频，赵黔榕，袁朗白.改性硅藻土对Pb(Il)的吸附作用[]].云南化工，2003,30(5):II-13.[34]罗道成，如j俊峰.改性硅藻土对废水中Pb2+、Cu2+、Zn2+的吸附性能研究[]].中国矿业，2005，14(7):69-71.[35]叶力佳，杜玉成.硅藻土对重金属离子Cu2+的吸附性能研究[]].矿冶，2005，14(3):69-71.[36]赵黔榕，如l应隆，李璧玉.改性硅藻土对Cu(Il)吸附性能的研究[]].云南师范大学学报，2000，20(的:55-57.[37]叶力佳.硅藻土对废水中重金属离子的吸附性能研究[D].北京z北京工业大学，2003.[38]郭晓芳，刘云国，樊霆.改性新型Mn-硅藻土吸附电镀废水中铅镑的研究[]].非金属矿，2006，29(6):43-45.[39]吕春欣.改性硅藻土对重金属离子吸附性能的研究[D].长春:吉林大学，2009.[40]孙玉玲，倪晋仁.朗格缪尔等温式的适用性分析一一以黄土吸kaoliniteandclinoptiloliteminerals[J].JournalofColloid持铜离子为例[]].环境化学，2002，21(1):