鋯改性蒙脫土多孔吸附劑制備及吸附Cr(Ⅲ)性能研究.pdf

1、制革過(guò)程中由于使用大量的鉻鞣劑使出水中含重金屬的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)和深度處理成為我國(guó)皮革行業(yè)當(dāng)前面臨的迫切需求。相比電子電鍍、采礦冶金等“涉重”行業(yè)廢水，制革含鉻廢水具有中性鹽含量、高有機(jī)組份多、鉻形態(tài)復(fù)雜等特點(diǎn)，在使用傳統(tǒng)吸附法進(jìn)行深度處理時(shí)對(duì)吸附劑在中性鹽與低濃度鉻的吸附選擇性具有更高的要求，同時(shí)對(duì)有機(jī)絡(luò)合態(tài)、多聚配合態(tài)鉻的吸附也要有一定的普適性。前期研究發(fā)現(xiàn)鋯(Zr)插層改性蒙脫土(MMT)制備的復(fù)合吸附劑具備以上兩個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)，但粉體吸附

2、劑在應(yīng)用過(guò)程中隨水流失問(wèn)題在本研究中亦同樣存在，且在改性過(guò)程中對(duì)吸附性能有一定的影響。為此，本研究在對(duì)Zr改性MMT方法進(jìn)行優(yōu)化的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)圍繞Zr-MMT粉體的凝膠注模成型方法進(jìn)行了研究，加入玻璃粉體提高成型體的強(qiáng)度，并圍繞成型前后EDTA、甘氨酸和甲酸等有機(jī)配體存在下鉻的吸附特征進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)完善。研究主要結(jié)論包括如下幾個(gè)方面。
　　(1)在Zr-MMT制備優(yōu)化實(shí)驗(yàn)中，研究發(fā)現(xiàn)Zr與MMT質(zhì)量比、改性溫度和燒結(jié)溫度均可通過(guò)改變M

3、MT層間距對(duì)Cr(Ⅲ)的吸附產(chǎn)生顯著影響。不同比例的Zr插層MMT可使MMT層間距發(fā)生顯著變化，并存在一個(gè)極大值，當(dāng)Zr與MMT質(zhì)量比為2∶5時(shí)，層間距達(dá)到最大值，其吸附量可達(dá)到8.79mg/g。改性溫度和燒結(jié)溫度對(duì)MMT層間距也有明顯影響，Zr-MMT的層間距隨兩個(gè)溫度的升高，層間距有下降趨勢(shì)，其下降主要改變了MMT吸濕膨脹性，當(dāng)改性溫度≤70℃、燒結(jié)溫度≤600℃時(shí)，層間距變化對(duì)Zr-MMT吸附Cr(Ⅲ)的影響不大。當(dāng)燒結(jié)溫度上升到

4、800℃時(shí)，ZrO2在MMT層間發(fā)生晶型轉(zhuǎn)化、造成層間片層結(jié)構(gòu)破壞，使吸附量急劇下降。研究確定最佳的燒結(jié)溫度為500℃，此時(shí)，Zr-MMT的比表面積由改性前MMT的30.8m2/g增大到39.5m2/g。在此溫度下的改性過(guò)程中，Zr插層MMT并沒(méi)有改變MMT的負(fù)電性，而當(dāng)外界pH＞6時(shí)，Zr的氫氧化物與MMT協(xié)同作用使Zr-MMT電負(fù)性更強(qiáng)，更有利用對(duì)陽(yáng)離子型重金屬的吸附。吸附后的鉻離子也能進(jìn)入層間使層間距增大。
　　(2)利用凝

5、膠注模法對(duì)粉體Zr-MMT進(jìn)行多孔成型研究時(shí)，對(duì)成型時(shí)Zr/MMT配比、聚苯乙烯成型球量、起泡劑和燒結(jié)溫度對(duì)多孔成型Zr-MMT(P-Zr-MMT)的收縮率、孔隙率、Zeta電位、表面積、層間距變化的對(duì)吸附量的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。結(jié)果表明，聚苯乙烯球量對(duì)多孔成型P-Zr-MMT的收縮度、孔隙度的影響較大，其差異達(dá)到20％以上。影響的主要原因在于聚苯乙烯球經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)后揮發(fā)改變了坯體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。最終確定成型參數(shù)為Zr∶MMT=2∶5，PS

6、球=30mL，起泡劑=1.65g，燒結(jié)溫度=600℃，成型后所得的多孔P-Zr-MMT，相比粉體，由于其表面積降低、且其聚苯乙烯球高溫?zé)Y(jié)后的部分碳化，使表面Zeta電位下降了約22％，但電負(fù)性足以滿足鉻吸附的要求，其在水體中的穩(wěn)定性可以達(dá)到要求，且孔隙率高、孔徑均一，分布均勻。
　　(3)通過(guò)成型前后Zr-MMT和P-Zr-MMT對(duì)有機(jī)配體存在條件下Cr(Ⅲ)吸附的比較研究發(fā)現(xiàn)，EDTA作為最強(qiáng)的重金屬螯合劑，與Cr(Ⅲ)可形成

7、穩(wěn)定的六元螯合物，隨著EDTA含量的增大，對(duì)Cr(Ⅲ)的吸附率大幅度降低，但即使在EDTA∶Cr=5∶1時(shí)，Zr-MMT和P-Zr-MMT對(duì)Cr(Ⅲ)的吸附與其他兩種配體的影響差異不大。而甘氨酸和甲酸對(duì)Cr(Ⅲ)的摩爾比即使增大到20∶1也對(duì)吸附鉻沒(méi)有影響。說(shuō)明Zr-MMT和P-Zr-MMT對(duì)有機(jī)物干擾鉻的吸附具有較廣泛的適應(yīng)性。吸附過(guò)程中有機(jī)配體可以與Cr(Ⅲ)一同進(jìn)入層間，使MMT層間距增大，有機(jī)配合物存在條件下，雖然Cr3+離子的