盐酸活化凹凸棒石吸附Cr^3＋工艺条件的优化研究.doc

盐酸活化凹凸棒石吸附Cr3工艺条件的优化研究第26卷第3期2003年6月合肥工业大学(自然科学版)JOURNALOFHEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVo1.26No.3Jun.2003盐酸活化凹凸棒石吸附Cr3+工艺条件的优化研究彭书传,黄川徽,陈天虎,徐晓春,汪家权(合肥工业大学资源与环境工程学院,安徽合肥230009)擒.酸活化是凹凸棒石最常用的一种活化方法.文章采用Lt6(4.)正交实验法对盐酸活化凹凸棒石吸附水中cr.的优化工艺条件进行了研究.结果表明,当矿物粒径小于74/an,振荡速度为150r/rain,吸附液用量为50mL,并且以此三者为同定因素时,其优化工艺条件为吸附温度90,吸附时间4h,凹凸棒石量为1.5g.关t调.酸活化凹凸棒石I三价铬I吸附I工艺条件中圉分类号:P579文献标识码:A文章绾号t10035060(2003)03033204OptimumtechnologicalconditionsofadsorptionofCr.+onpalygorskitetreatedwithhydrochloricacidinthesolutionPENGShuchuan,HUANGChuanhui,CHENTian_hu,XUXiaochun,WANGJiaquan(SchoolofResourcesandEnvironment,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China)Abstract:TheoptimumtechnologicalconditionsofadsorptionofCr抖onpalygorskitetreatedwithhydrochloricacidinthesolutionwereinvestigatedwithohogonalL16(4.)experiments.Theresultsindicatethatwhentheclayparticalsizeislessthan74m,thestirringrateis150r/rain,thevolumeofsolutionforadsorptioniS50mLandtheabovethreefactorsactasinvariableones,theoptimumtechnologicalconditionsareasfollows:theadsorptiontemperatureis90,theadsorptiontime4h,andthedosageofpalygorskite1.5g.Keywords:palygorskitetreatedwithhydrochloricacid;Cr计;adsorption;technologicalconditions0引言凹凸棒石即坡缕石,是含水富镁的硅酸盐矿物.它具有独特的层链状晶体结构和十分细小(约0.01-1m)的棒状,纤维状晶体形态.由于这种矿物能够在许多方面表现出优异的性能,因此用途十分广泛.尽管国内外对凹凸棒石粘土本身的矿物学特性及开发应用进行了大量研究卜列,但是目前尚缺少苏皖纯凹凸棒石矿物的表面性质和吸附性能系统实验研究资料.六价铬的毒性比三价铬大100倍,但是,对鱼类来说,三价铬比六价铬的毒性要大,而且,当三价铬收稿日期,200211.25基金项目t国家自然科学基金资助项目(40072017)作者简介,彭书传(1964一),男,安徽金寨人,合肥工业大学副教授,硕士生导师I陈天虎(1962一),男,安徽界首人,博士,合肥工业大学教授,硕士生导师,徐晓春(1961一),男,安徽潜山人,博士,合肥工业大学教授,博士生导师I汪家权(1957一),男,安徽太湖人,博士,合肥工业大学教授,硕士生导师.第3嘲彭书传,等:盐酸活化凹凸棒石吸附Cr.+工艺条件的优化研究333质量浓度达到1mg/L时,水的浊度明显增加.一般来说,三价铬污染主要来自铬矿石加工,皮革鞣制和印染等行业.凹凸棒石通常有酸活化,碱活化及热活化等3种活化方式,其中以酸活化效果最好.本文通过正交实验,研究了盐酸活化凹凸棒石吸附Cr.+的工艺条件,旨在确定最佳的吸附工艺条件.1实验部分1.1实验原料实验所用原土为安徽省明光市官山产凹凸棒石粘土,经粉碎,干燥,研磨,过180目筛.盐酸为分析纯,Cr.+溶液采用分析纯CrCI.配制.1.2盐酸活化凹凸棒石的制备(1)将原土提纯后,用5的盐酸活化.(2)按1031000的比例投加原土,EDTA和蒸馏水,浸泡48h,剧烈搅拌3h,倒入量筒中沉降24h,取中间的悬浊液进行离心分离,用蒸馏水洗涤3次后于70干燥24h,经XRD分析,凹凸棒石质量分数达到98以上.(3)将纯凹凸棒石置于碘量瓶中,再加入5盐酸,塞上瓶塞并置于烘箱中在70下活化24h,最后经洗涤,干燥,研磨,过200目筛后备用.1.3实验方法在碘量瓶中加入50mL质量浓度为50mg/L的cr.+水溶液,0.5g酸化凹凸棒石,盖上盖后将其置于超级恒温振荡器上(4-0.5),以150r/min速度振荡一定时间,后经高速离心,取上清液,测定其Cr.+的残留量,计算水中cr.+的去除率.1.4水中Cr.+的测定方法水中cr.+含量按总铬法测定2.具体方法如下:取50mL水样,用NHa?H2O和H2SO4调节至中性,加入H2SO.(1+1)溶液和H.PO.(1+1)溶液各0.5mL,4%KMnOt溶液2滴,加热煮沸至溶液体积约剩20mL;冷却后加入1mL20尿素溶液,再滴加2NaNO.溶液至紫红色恰好褪去;最后用2mL二苯碳酰二肼溶液显色,用10mm比色皿测定540nm处的吸光度.2实验结果与讨论在单因素条件实验的基础上,确定以矿物粒径小于74p.m,振荡速度150r/min,吸附液用量50mL为固定因素.根据正交实验方法,以盐酸活化凹凸棒石对水中cr.+的去除率为指标,对吸附温度,吸附时间和盐酸活化凹凸棒石用量3个因素,采用L(4.)正交实验法对吸附的优化条件进行研究.盐酸活化凹凸棒石对水中Cr.+吸附正交实验因素水平表,见表1所列,其正交实验与极差分析结果,见表2所列.极差大小代表了该因素变化时对考察指标的影响程度.由表2可知,极差最大的因素是吸附温度一51.08),其次是土量(R一11.53),最后是吸附时间(R一5.72).衰1凹凸棒石吸附水中cr.正交实验因素水平衰各因素水平与值的关系如图1所示.由图1可以看出,因素A以A.(90)的去除率最高(达到了79.32%,可能是由于温度升高有利于334合肥工业大学(自然科学版)第26卷Cr.+水解析出的缘故),A.为A因素的较优水平;同理,因素B的较优水平为B.(4h),因素C的较优水平为C.(1.5g).将这3个因素的较优水平组合,得到的较优水平组合为A.B.C.按A.B.C.组合条件进行吸附实验,对Cr.+的去除率为83.27.该结果较表2中最大去除率81.59要高,所以A.B.c.组合为较优水平条件下的最佳吸附工艺条件.表2正交实验与极差分析结果表吸附温度/(a)因素AV吸附时间/h(b)因素B圉1各因素水平与值的关系V土量/g(c)因素C0第3期彭书传,等:盐酸活化凹凸棒石吸附Cr.+工艺条件的优化研究3353结束语在单因素条件实验的基础上,通过正交实验确定的盐酸活化凹凸棒石吸附cr抖的优化工艺条件为:矿物粒径小于74pm,振荡速度150r/min,吸附液用量5OmL(质量浓度为5Omg/L),吸附温度9O,吸附时间4h,凹凸棒石量1.5g.在此条件下,对Cr抖的去除率为83.27.本文得到合肥工业大学科学研究发展基金项目阴离子粘土即时合成处理含砷,磷,铬废水技术的资助.参考文献1许冀泉.江苏六合小盘山凹凸棒石粘土的发现及其意义J.科学通报,1980,25(11):513-515.2郑自立,田煦.苏皖凹凸棒石矿物红外光谱特征研究J.岩石,1990,6(2):312.3奚可棠.苏皖沉积型坡缕石的扫描电镜及能谱分析研究J.矿物,1985,(2):175178.4方邺森.苏皖地区凹凸棒石粘土J.南京大学(自然科学版),1990,26(1):1523.5董必谦.西宁盆地坡绥石粘土矿的地质特征J.建材地质,1991,(5):1215.6冯启明,易发成.青海省湟中县自云质坡缕石酸活化条件及方法研究J.非金属矿,1999,22(2):89.7郑自立,田煦.坡缕石的耐酸碱性研究J.矿产综合利用,1996,(6):2024.8王彦华,雷家珩,袁启华.烷基铵盐改性坡缕石的结构及表面性质J.非金属矿,1999,22(2):89.9张国生.凹凸棒石净化矿化饮用水的研究J.水处理技术,1997,23(1):5559.10吴德军.低浓度气态甲烷和丁醇在凹凸棒石粘土上吸附规律的研究J.环境化学,1988,7(1):4649.11王学杰.廉价吸附材料在污水处理中的应用J.工业水处理,1992,12(3):1113.12祖楠,翁行尚.活性凹凸棒石对阳离子染料脱色作用及其应用研究J.中国环境科学,1997,17(4):373-376.13宋金如,龚治湘,罗明标.凹凸棒石粘土吸附铀的性能研究及应用J.华东地质学院,1998,21(3):265-272.14MyriamM,SuarezM,PozasJM.Structuralandtexturalmodificationsofpalygorskiteandsepioliteunderacidu-.tmentJ.ClaysandClayMinerals,1998,46(3):225231.15SharatmadariH,MermutAR,BenkeMB.Sorptlonofselectedcationicandneutralorganicmoleculesonpalygorskiteandsepio-liteJ.ClaysandClayMinerals,1999,47(1):4453.16KislenkoVN,VerlinskayaRM.Adsorptionoflignosulfonateonmontmorilloniteandpalygorskitemodifiedwithpolyethylenim-ineJ.ColloidJournal,1999,61(5):627629.17MurrayHH.Traditionalandnewapplicationsforkaolin,smeetite,andpalygorskite:AgeneraloverviewJ.AppIiedClaySci.ence,2000,17(5,6)l207221.18NeammnA,SingerA.Kineticsofhydrolysisofsomepalygorskite-containlngsoilclaysindilutesaltsolutionsJ.ClaysandClayMinerals,2000,48(6)l708-712.19LebodaR,ChodorowskiS,skubiszewska-ZiebaJ,eta1.EffectofthecarbonaceousmatterdepositionOnthetexturalandSUdacepropertiesofcomplexcarbon-mi