6种典型粘土矿物对Cr6+吸附特性的比较研究

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铬及其化合物在制革、电镀、冶金、金属加工、印染、油漆、铬盐等工业生产中有着极广的应用,生产过程产生了大量的含Cr6+废水,多数废水未经有效处理而直接排入环境,导致严重的环境污染,特别是水体污染,给生态安全和人体健康带来了巨大的威胁。因此,进行含Cr6+废水有效处理技术及相关原理的研究具有重要意义。处理含Cr6+废水的方法很多,其中,吸附法因具有操作简单、效果稳定、二次污染小等优点而被广泛使用。在众多吸附材料中,粘土矿物因具有比表面积大,表面活性基团丰富,微孔多,负电性强,同时具备储量丰富,价格相对较低等优势而得到广泛应用。然而,典型粘土矿物(膨润土、蒙脱石、水滑石、蛭石、沸石、硅藻土)对Cr6+的吸附性能与机理研究不够系统、深入,实际应用缺乏足够的理论支撑。因此,本文采用静态吸附试验对膨润土、蒙脱石、水滑石、蛭石、沸石、硅藻士吸附Cr6+的条件、性能、行为特征、机理进行了全面、深入的研究,获得了一批重要数据,可为粘土矿物在含Cr6+废水处理中的应用提供理论依据和技术支持。主要研究结果如下:(1)粘土矿物对Cr6+的吸附影响因素及规律研究结果表明,水滑石、沸石、硅藻土、蒙脱石、膨润土、蛭石的最佳投加量Wo(吸附剂)分别为1g/L、1 g/L、1 g/L 1 g/L、1 g/L、1 g/L;最佳Cr6+浓度C0(吸附质)分别为300 mg/L、300 mg/L、400 mg/L、 300 mg/L、300 mg/L、300 mg/L;最佳pH条件分别为pH=5、pH=5、pH=8、pH=5、pH=5、pH=5;最佳吸附温度To分别为25℃、35℃、35℃、25℃、25℃、25℃;最大吸附量分别为24.28mg/g、34.76 mg/g、36.25 mg/g、24.03 mg/g、27.65 mg/g、31.05 mg/g。(2)粘土矿物对Cr6+的吸附条件优化及吸附能力研究结果表明,在最佳吸附条件下,六种粘土矿物中硅藻土的吸附效果是最好的,吸附量最大,其次为沸石。而水滑石和蒙脱石的最佳吸附条件是一致的,吸附效果也极其接近;(3)粘土矿物对Cr6+的吸附行为特性及机理分析结果表明,最适合描述天然水滑石、沸石、蒙脱石、膨润土、蛭石对Cr6+吸附的模型是Freundlich模型。而天然硅藻土更适应的吸附模型是Langmuir模型。同时发现常规模型存在参数意义不明确或参数估计值误差较大等问题;天然水滑石、沸石、硅藻土、蒙脱石、膨润土、蛭石对Cr6+的吸附动力学属性更符合二级动力学方程。该方程可以描述这六种吸附剂对Cr6+的吸附过程,它包含了溶液中的Cr6+经过液膜扩散至吸附剂表面,然后和吸附剂上的吸附位点发生反应以及在吸附剂颗粒内部的扩散反应的全过程。一级动力学方程,拟合优度值低,实际指导意义不大。
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