改性凹凸棒土对钾_钙_镁离子交换作用的研究_图文

1、 第 17卷第 1期 2008年 1月中 国 矿 业CHINA MINING MAG AZINE Vol. 17, No. 1J anuary 2008改性凹凸棒土对钾 、 钙 、镁离子交换作用的研究王 丽 , 袁建军(天津科技大学 , 天津 300457 摘 要 :以江苏盱眙凹凸棒土为原料 , 分别采用煅烧 、 酸洗 、 碱洗 、 行改性 , 考察改性凹凸棒土分别对钾 、 钙 、 镁三种离子的离子交换效果 。 0105mol/L 中 , 以铵盐溶液处理过的凹凸棒土对钾 、 钙 、 2+2。 实验结 果表明 , 改性凹凸棒土对钾 、 钙 、 镁离子的交换吸附能力 , 。 关键词 :凹凸棒土 ;

2、 钾离子 ; 钙离子 ; ; 中图分类号 :TQ425/O647131+:1004-4051(2008 01-0084-05exchange of potassium , and magnesium by alter 2attapulgiteWAN G Li , YUAN Jian 2jun(Tianjin University of Science and Technology , Tianjin 300457, China Abstract :Attaplgite f rom jiang su province was used as row material and treated by

3、 calcine , acid , alka 2li , ammonium chloride and ammonium carbonate cleaning respectively to obtain alter 2attapulgte 1Then the ion exchange of potassium 、 calcium and magnesium by alter 2attapulgite was investigated 1In low solution concentration (0105mol/L , iron exchange order of those ions by

4、ammonium 2alter 2attapulgite was K +>Ca 2+>Mg 2+1The result suggested alter 2attapulgite can be used to extract potassium f rom seawater 1 K ey w ords :attapulgite ; potassium ; calcium ; magnesium ; ion exchange收稿日期 :2007-10-16 凹凸棒土是一种具有特殊结构 、 形态 、 物化性质的含水富镁硅酸盐粘土矿物 , 具有优异的吸附性 能和一定的离子交换能力 。 活化

5、后的凹凸棒土对敌 百虫 、 敌敌畏等有机磷农药有吸附净化作用 , 可以 部分取代活性炭 , 提高净化度和重复利用率 , 降低 吸附成本 1。 利用凹凸棒土的离子交换能力 , 处理 含铅 2、 铜 、 锌 3、 铬 4、 镍 5等重金属离子废水 及含氟废水 6, 使之达到排放标准 。虽然自 19世 纪发现凹凸棒土以来 , 各国学者对凹凸棒土从不同 角度 , 进行了不同程度的研究 , 但凹凸棒土的应用 仍然十分局限 。 海水是化学资源的宝库 , 作为水资源和化学矿 物资源而言 ,具有取之不尽的强大优势 。 本文选用 江苏省盱眙县凹凸棒土作为原料 , 分别采用煅烧 、 酸洗 、 碱洗 、 氯铵洗和碳

6、铵洗的方法对其进行改性 , 考察凹凸棒土对钾 、 钙 、 镁三种常见离子的离 子交换能力 。 希望能为海水中有用元素的提取提供 一条新的工艺路线 , 并扩大凹凸棒土离子交换吸附 能力的应用 。 1 实验方法及药剂 111 药剂 凹凸棒土 :江苏省盱眙县 , 青灰色 , p H 值 67; 氯化钾 、 氯化钙 、 氯化镁 、 硫酸 、 氢氧化钠 、 氯化铵 、 碳酸铵等均为分析纯试剂 。 112 凹凸棒土的预处理 将凹凸棒土研磨筛分 , 于 200 煅烧 4h , 用去 离子水浸泡 24h 后洗涤数遍至洗涤水澄清 。 烘干后 干燥器内密封保存 。 113 凹凸棒土改性 凹凸棒土的煅烧改性 :称取

7、一定量经预处理后 的凹凸棒土 , 于设定温度和保温时间下在马弗炉中 煅烧 , 再次洗涤并烘干 , 密封保存 。 第 1期 王 丽等 :改性凹凸棒土对钾 、 钙 、 镁离子交换作用的研究 凹凸棒土的酸 、 碱 、 铵改性 :称取一定量经预 处理后的凹凸棒土 , 按固液比 1g 10ml , 分别加 入一定浓度的硫酸 、氢氧化钠 、氯化铵和碳酸铵 , 室温下恒温振荡 30min , 用离心机分离固液数次 , 每次用蒸馏水冲洗 , 至洗液 p H 值达到中性为止 ; 将改性凹凸棒土烘干后密封保存 , 即得到分别经 酸 、 碱 、 铵改性处理的凹凸棒土 。114 改性凹凸棒土对钾 、钙 、镁离子的离子

8、交换 吸附 改性凹凸棒土与配制的原溶液按固液比 1 10放入烧杯中 , 于一定振荡频率 、室温下振荡 30min 后过滤分离 。 测定交换后溶液中离子浓度 。 凹凸棒土对钾 、钙 、镁离子的单离子交换量 , 按下式进行计算 :E =103(C 0-C 1 其中 :E 凹凸棒土对钾 、钙交换量 (mg/g ; C 0 l ; C 1 (mg/l 。 2 结果与分析211 凹凸棒土预处理分析 凹凸棒土性脆 , 摩氏硬度为 23级 , 吸水性 很好 , 吸水后颗粒松软 , 甚至会成为泥浆 , 因此 , 作为离子交换剂使用 , 需要提高其硬度并进行造 粒 。 本 实 验 将 凹 凸 棒 土 分 别 于

9、 105 、 200 、 250 、 300 、 350 煅烧处理 , 用去离子水浸泡 24h 。 结果显示 , 200 煅烧的凹凸棒土硬度 , 好 于其他温度下煅烧得到的凹凸棒土硬度 。 故本实验 的凹凸棒土预处理方法为 200 下煅烧 。212 煅烧改性温度对钾 、钙量的影响, 选择不同的煅 1, 对凹凸棒土进行热处 , 性 后 凹 凸 棒 土 分 别 与 钾 离 子 浓 度 为 18mg/l 的溶液 、 钙离子浓度为 52716mg/l 的溶 液 、 镁离子浓度为 34814mg/l 的溶液进行交换吸 附 。 煅烧改性温度对溶液中钾 、 钙 、 镁离子离子交 换量的影响结果见表 1、 图

10、 1。表 1 煅烧改性温度对钾 、 钙 、 镁离子的单位交换量的影响煅烧改性 温度 ( 交换后钾离子浓度 (mg/l 钾离子单位交换量 (mg/g 交换后钙离子浓度 (mg/l 钙离子交换量 (mg/g 交换后镁离子浓度 (mg/l 镁离子交 换量 (mg/g 200125160184571891501688732914011900 300139160170611931501649032812012024 400145140164861701801875733114011700 500144150165681141011444133218011557 600140140169791291911

11、285133412011418 700115100195241601801975933711011132800172. 40. 3777- -图 1 煅烧改性温度对钾 、 钙 、 镁离子的单位交换量的影响 由表 1、 图 1可见 , 煅烧改性对提高凹凸棒土 的钾 、 钙 、 镁离子交换量作用不明显 。 当煅烧改性 温度为 700 时 , 改性凹凸棒土对钾离子交换量最 大 , 其余温度下的改性凹凸棒土钾离子交换量均低 于预处理凹凸棒土 ; 当煅烧改性温度为 500 时 , 改性凹凸棒土对钙离子的交换量最大 , 其后随温度 的升高 , 钙 离 子 交 换 量 降 低 ; 当 煅 烧 温 度 高 于

12、 300 后 , 随煅烧温度的升高 , 改性凹凸棒土的镁 离子交换量随之降低 。213 酸浓度对钾 、 钙 、 镁离子单位交换量的影响 按照 113所述方法 , 分别用不同浓度的 H 2SO 4对凹凸棒土进行酸洗改性 。 H 2SO 4浓度对钾 、钙 、 镁离子离子交换能力的影响结果见表 2、 图 2。 从表 2、 图 2可知 , 使用 H 2SO 4对凹凸棒土进 行改性 , 可以提高凹凸棒土对钾 、 钙 、 镁离子的交 换量 , 但是提高的程度有限 。当 H 2SO 4浓度高于 1mol/l , H 2SO 4浓度对提高凹凸棒土的钾离子交换 量影响不大 , 改性凹凸棒土的钙离子交换量和镁离

13、5 8中 国 矿 业第 17卷子交换量随 H 2SO 4浓度的增大而减小 。表 2 酸浓度对钾 、 钙 、 镁离子的单位交换量影响H 2SO 4浓度 (mol/l 交换后钾离子 浓度 (mg/l 钾离子单位 交换量 (mg/g 交换后钙离 子浓度 (mg/l 钙离子交 换量 (mg/g 交换后镁离 子浓度 (mg/l 镁离子交 换量 (mg/g 012516018457189150154703291401190011021711142313911111927314160133752991411174114611111231329110119293105111111661781901795133

14、919010844410217111413-34712010121 图 2 酸浓度对钾 、 钙 、 镁离子的单位交换量影响214 碱浓度对钾 、 钙 、 13, NaO HH 浓度对钾 、钙 、 3、 图 3。 3、 图 3可知 , 使用 NaO H 对凹凸棒土进 行改性 , 在一定程度上提高了凹凸棒土对钾 、钙 、 镁 三 种 离 子 的 交 换 量 。当 NaO H 浓 度 大 于 1mol/L , 并不能明显提高凹凸棒土钾离子交换吸 附能力 ; 改性凹凸棒土的钙离子交换量和镁离子交 表 3 碱浓度对钾 、 钙 、 镁离子单位交换量影响NaO H 浓度 (mol/l 交换后钾离 子浓度 (

15、mg/l 钾离子单位 交换量 (mg/g 交换后钙离 子浓度 (mg/l 钙离子单位 交换量 (mg/g 交换后镁离 子浓度 (mg/l 镁离子交 换量 (mg/g 0125160184571891501547032914011900150111166671581011003828919015846235131181452441511371624711110125354121162571211311570422718112054436121180631011411689621019113742 图 3 碱浓度对钾 、 钙 、 镁离子单位交换量影响换量随 NaO H 浓度的增加而增大 。 215

16、 氯铵浓度对钾 、钙 、镁离子单位交换量的影 响 按照 113所述方法 , 分别用不同浓度的 N H 4Cl对凹凸棒土进行氯铵改性 。 N H 4Cl 浓度对钾 、钙 、 镁离子离子交换能力的影响结果见表 4、 图 4。 由表 4、图 4可见 , 使用 N H 4Cl 对凹凸棒土 进行改性 , 提高凹凸棒土对钾 、 钙 、 镁三种离子的 离子交换 , 吸附作用较为明显 。当 N H 4Cl 浓度大 于 1mol/l 时 , N H 4Cl 浓度对凹凸棒土的钾 、钙 、 镁离子交换量影响不大 。 216 碳氨浓度对钾 、钙 、镁离子单位交换量的影 响 按 照 113所 述 方 法 , 分 别 用

17、 不 同 浓 度 的 (N H 4 2CO 3对凹凸棒土进行碳氨改性 。 (N H 4 2-CO 3浓度对钾 、钙 、镁离子离子交换能力的影响 ,结果见表 5、 图 5。 鉴于碳酸铵溶解度所限 , 对改性浓度的考察到 2mol/l 为止 。68 第 1期 王 丽等 :改性凹凸棒土对钾 、 钙 、 镁离子交换作用的研究 表 4 氯铵浓度对钾 、 钙 、 镁离子单位交换量的影响N H 4Cl 浓度 (mol/l 交换后钾离子浓度 (mg/l 钾离子单位交换量 (mg/g 交换后钙离子浓度 (mg/l 钙离子交换量 (mg/g 交换后镁离子浓度 (mg/l 镁离子交 换量 (mg/g 0125160

18、184571891501547032914011900 1812210588591611987818210116635 21917119705891511689619813115007 3616211019491721087217118117659 432192106916116119679168181179605-174. 31. 7410图 4 钙 、 由表 5、图 5可见 , 使用 (N H 4 2CO 3对凹凸 棒土进行改性 , 、 钙 、 镁三种离 , 。当 (N H 4 2 3l (H 4 2CO 3浓度对提高 、 镁离子交换量影响不大 。1 通过研究煅烧温度 、 酸浓度 、 碱浓

19、度 、 氯化铵 浓度 、 碳酸铵浓度对凹凸棒土钾 、 钙 、 镁交换量的 表 5 碳氨浓度对钾 、 钙 、 镁离子单位交换量的影响(N H 4 2CO 3浓度 (mol/l 交换后钾离子浓度 (mg/l 钾离子单位交换量 (mg/g 交换后钙离子浓度 (mg/l 钙离子交换量 (mg/g 交换后镁离子浓度 (mg/l 镁离子交 换量 (mg/g 0125160184571891501547032914011900 1812210855841511739321314113500251021184088151169961971711 5068图 5 碳氨浓度对钾 、 钙 、 镁离子单位交换量的影响

20、 影响 , 结果表明 , 凹凸棒土对钾 、 钙 、 镁三种离子 的离子交换能力主要受改性剂的影响 , 改性剂浓度 的影响不是很明显 。煅烧改性对提高凹凸棒土钾 、 钙 、 镁离子交换量影响不明显 , 故将实验结果中改 性剂均为 1mol/l 得到的凹凸棒土对钾 、钙 、镁三 种离子的交换量相比较 , 考察不同改性方法对凹凸 棒土钾 、 钙 、镁离子交换量的影响 , 结果见表 6、 图 6。表 6 凹凸棒土改性方法的比较改性方法 钾离子交换量 (mg/g 钙离子交换量 (mg/g 镁离子交换量 (mg/g H 2SO 4111423111927013375 NaO H 1166671101060

21、15846 N H 4Cl 210588119878116635 (N H 4 2CO 3210855117393113500 实验结果表明 :对钾 、钙 、镁这三种离子而 言 , 煅烧改性和酸改性都不能有效的提高凹凸棒土 对三种离子的单位交换量 。 从数据来分析 , 煅烧改 性凹凸棒土对三种离子的单位交换量曲线 , 都出现 某一个温度的极值 , 而其他温度的交换量与极值相 比有很大差距 , 这表明 , 煅烧改性的凹凸棒土对三 7 8中 国 矿 业第 17卷 图 6 凹凸棒土改性方法的比较种离子的吸附作用强于离子交换作用 。 碱改性和两种铵改性都能有效的提高凹凸棒土 对钾 、 钙 、 镁三种离

22、子的交换量 , 铵改性的效果好于 NaO H 改性 。碳铵改性对提高钾离子交换量有 较好的效果 , 氯铵改性则对钙 、 镁离子交换量的提 高有较好的效果 。 218 改性凹凸棒土对溶液中钾 、钙 、镁三种离子 交换顺序的测定 通过改性凹凸棒土分别对溶液中钾 、 钙 、 镁离 子的交换实验结果 , 使用对钾 、 钙 、 镁三种离子交 换吸附能力较好的碳铵改性凹凸棒土和氯铵改性凹 凸棒土 , 对钾离子当量浓度 010526mol/l 、钙离子 当 量 浓 度 010511mol/l 、镁 离 子 当 量 浓 度 010525mol/l , 测定, 7 图 7 改性凹凸棒土对溶液中钾 、 钙 、 镁

23、三种离子交换顺序 从图 7可见 , 改性凹凸棒土对钾 、 钙 、 镁三种离子的交换顺序为 :K +>Ca 2+>Mg 2+。 3 结 论 (1 凹凸棒土经实验中所采用的改性方法处 理 , 对溶液中的 K +、 Ca 2+、 Mg 2+均具有交换吸 附能力 。 其中 , 使用铵盐溶液改性的凹凸棒土 , 对 K +、 Ca 2+、 Mg 2+的交换吸附能力有明显增加 。 (2 使用 1mol/l 以上不同浓度的酸 、碱 、铵 盐溶液改性得到的凹凸棒土 , 对 K +的交换吸附能 力基本 无 影 响 , 而 不 同 的 酸 、碱 改 性 剂 浓 度 对 Ca 2+、 Mg 2+的交换吸附能力有一定影响 。 (3 在低浓度水溶液 (0105mol/l 中 , 以铵 盐溶液处理过的凹凸棒土对钾 、 钙 、 镁三种离子的 交换吸附顺序为 K +>