改性膨润土吸附冶炼废水中Cu2+和Ni2+的动力学.pdf

7 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第1 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 ‘7 5 4 5 ．2 0 1 5 ．0 1 ．0 1 8 改性膨润土吸附冶炼废水中C u 2 和N i 2 的动力学 李志娟，周岐雄，王晓飞 新疆大学化学化工学院，乌鲁木齐8 3 0 0 4 6 摘要研究了实验室制备的6 种改性膨润土对冶炼废水中C u 2 和N i 2 ‘的吸附动力学。结果表明，改性 膨润土对C u ”、N i 2 一的吸附在4 0m i n 内基本达到平衡，在3 0 ℃时，吸附符合准二级动力学模型，其反应 速率与反应物浓度的二次方成正比。 关键词改性膨润土；吸附动力学；C u ”、N i ” 中图分类号x 7 0 5文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 1 2 0 1 5 0 1 一0 0 7 0 0 4 A d s o r p t i o nK i n e t i c so fC u 2 a n d N i 2 i n S m e l t i n gW a s t e w a t e rw i t hM o d i f i e dB e n t o n i t e L IZ h Hu a n ，Z H O UQ i x i o n g ，W A N GX i a o f e i C o l l e g eo fC h e m i s t r y C h e m i c a lE n g i n e e “n g ．X i n j i a n gU n i v e r s i t y ，U r u m q i8 3 0 0 4 6 ，C h i n a A b s t r a c t A d s o r p t i o nk i n e t i c so fC u 2 a n dN i 2 i ns m e l t i n gw a s t e w a t e rw i t h6 k i n d sm o d i f i e db e n t o n i t e p r e p a r e di nl a b o r a t o r yw a ss t u d i e d ． T h er e s u l t ss h o wt h a ta d s o r p t i o no fm o d i f i e db e n t o n i t eo nC u 2 a n d N i 2 r e a c h e sa d s o r p t i o ne q u i l i b r i u mw i t h4 0m i n ．T h i sa d s o r p t i o na c c o r d sw i t hq u a s i s e c o n d a r yd y n a m i c s m o d e l ，a n di t sr e a c t i o nr a t ei sd i r e c t l yp r o p o r t i o n a lt os q u a r eo fr e a c t a n tc o n c e n t r a t i o n ． K e yw o r d s m o d i f i e db e n t o n i t e ；a d s o r p t i o nk i n e t i c s ；C u 2 ；N i 2 铜、镍重金属离子是冶炼企业排放的污染物之 一，一直是冶炼企业污染治理的难点。随着国家对 环保要求的日益提高，铜、镍重金属离子的处理越来 越突出地成为冶炼企业急待解决的环保问题之 一⋯] 。 膨润土 B e n t o n i t e 是以蒙脱石为主要成分的 黏土矿物，其化学成分相当稳定。蒙脱石是黏土类 矿物大家庭中晶体结构变异最强的矿物之一，具有 特殊的吸水膨胀性和良好的离子交换性能。此外， 膨润土还具有较大的比表面积，其表面吉布斯自由 能高，表面活性强，层间距可控。由于其独特的结构 效应，膨润土对环境污染物具有较强的吸附能力，并 可循环再生，重复使用，因而在废水治理中具有广阔 的应用前景[ 5 。1 ⋯。 本文以新疆阜康冶炼厂含有铜、镍等重金属离 子的冶炼废水为研究对象，利用新疆哈密储量丰富 的膨润土资源，在实验室制备了高质量、性能稳定和 廉价的新型吸附材料后，将其应用于含铜、镍等重金 属离子的冶炼废水处理，研究其吸附动力学机理，并 为新疆丰富的矿产资源开拓广阔的应用前景。 1试验部分 1 ．1 试剂与仪器 试剂吸附材料是利用新疆哈密拉伊格来克钠 基膨润土，经提纯后通过有机复合改性制得，含 C u 2 、N i 2 废水样取白新疆阜康冶炼厂，其中C u 2 浓度为1 4 ．5 9m g ／L ，N i 2 浓度为2 8 ．9 5m g ／L 。季 铵盐 1 6 3 1 、1 8 3 1 、二乙基二硫代氨基甲酸钠 收稿日期2 0 1 4 一0 8 1 9 基金项目新疆维吾尔自治区科技计划项目 2 0 1 3 1 6 1 0 1 ；乌鲁木齐市科技局技术计划项目 Y 1 3 1 0 2 0 0 0 9 作者简介李志娟 1 9 6 7 一 ，女，新疆人，硕士，副教授． 万方数据 2 0 1 5 年第1 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 7 1 D D T C 、四乙烯五胺 T E P A 、丁二酮肟、四苯硼 钠、溴酚蓝、氯仿、硝酸银、盐酸、碘、柠檬酸铵等均为 分析纯。纯铜粉、纯镍粉为试剂级。 仪器H J 一6 S 六联恒温水浴异步搅拌器，J J 一2 增 力电动搅拌器，Q D Z 5 一H Z S H 恒温水浴振荡器，7 2 2 紫外分光光度计，P H S 一3 C 型p H 计，8 0 一3 高速电动 离心机。 1 ．2 改性膨润土吸附材料的制备 将提纯后的膨润土分散制浆，用稀盐酸调节 p H 至7 ～1 0 ，然后按一定比例在膨润土浆液中投入 适量季铵盐，使其与膨润土浆在4 0 ～7 0 ℃强烈搅 拌。一定时间后，在反应液中投入与季铵盐等摩尔 量的有机复合剂，继续在相同条件下反应相同时间。 反应完成后将产物静置离心。取其上层清液，滴加 A g N 。溶液检测是否有C l 一存在，若无沉淀，则直 接将离心得到的有机膨润土于1 0 5 ℃烘干、研磨；若 存在沉淀则需要继续洗涤，直到溶液中不含C 1 一方 可进行后续工作。将干燥过的膨润土过研磨过 o ．0 7 4m m 筛，得到改性及有机复合改性膨润土。 1 ．3 动力学试验 在一系列锥形瓶中分别加入o ．5 0 0g 改性膨润 土，然后各自加入2 0m L 冶炼废水溶液，调节p H 为 9 ．o ，在恒温 3 0 ℃ 振荡器内强烈搅拌，在不同时间 取样并计算吸附剂的吸附量，当溶液中C u 2 和 N i 2 浓度恒定不变时，说明已达到吸附平衡。 2 试验结果与讨论 2 ．1 改性膨润土吸附C u 2 、N i 2 的动力学曲线 系列改性膨润土吸附C u 2 、N i 2 的吸附动力学 曲线如图1 所示。 时问／I n l l l 图l改性膨润土吸附C u 2 、N i 2 的动力学曲线 F i g ．1D y n a m i cc u r V e so fa d s o r b i n gC u 2 a n d N i 2 w i t hm o d i f i e db e n t o n i t e 从图1 可以看出，在开始吸附的前2 0m i n 内吸 附非常迅速，当吸附作用进行到4 0m i n 后趋于稳 定，吸附量几乎占到吸附总量的8 0 ％以上，但吸附 速率逐渐变慢，表明吸附基本处于平衡状态。因此， 可以把吸附过程分为两个阶段第一阶段为界面吸 附，其吸附速度很快，主要特征是C u 2 和N i 2 从溶 液扩散至吸附剂表面；第二阶段是颗粒内扩散，即 C u 2 和N i 2 向吸附剂的层间域扩散，包括层间的离 子交换、层间的络合反应等，该阶段的迁移扩散速度 较慢。 2 ．2 改性膨润土吸附C u 2 十、N i 2 的动力学方程 2 ．2 ．1 准一级动力学模型 准一级动力学方程的表达式为 l n [ q ，／ q ，一q ， ] 一是l ￡ 1 式中，g f 和q ，分别为f 时刻和吸附平衡时吸附剂的 吸附量 m g g 叫 ；志，为准一级动力学常数 m i n 一。 。 将图1 结果代入式 1 即得到图2 所示的准一 级动力学模型曲线，其拟合相关参数见表1 。 I “_ l 打～酉i 一丽一一打≮l 时问／m ⋯ 图2 准一级动力学模型曲线 F i g ．2Q u a s i 。f i r s t I yo r d e rk i n e t i c sm o d e I 从表l 的线性相关系数R 2 可知，准一级动力学 方程的拟合度较低，这是因为实际吸附过程达到真 正平衡的时间很长，也就是说，准确测出吼是很困难 的。因此，准一级动力学模型可以很好地描述未达 到吸附饱和时的现象，但对整个吸附过程而言，用准 一级动力学模型进行描述则误差较大。 2 ．2 ．2 准二级动力学模型 准二级动力学方程的表达式为 L 一是。f 土 2 q f q ，q f 万方数据 7 2 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第1 期 式中，走为准二级动力学常数 m i n l 。结果如图3 所示，其拟合相关参数见表2 。 采用准二级动力学模型对图1 结果进行拟合， 表l准一级动力学模型拟合结果 T a b l el M o d e l i n gr e s u l t sO fq u a s i f i r s t I yl e V e lk i n e t i c sm o d e l 表2 准二级动力学模型拟合结果 T a b I e2 M O d e n gr e s u l t so fq u a s i s e c O n d a r yl e v e lk i n e t i c sm o d e l 口1 6 3 1 ．B d l t ． 、l 01 6 3 1 ．B a n ．N i ‘ △l ∞l Ⅲ， ，脚o o1 盼l D a l l 、r o1 8 3 1 ．B m N ’ Ol ∞I ．T E P A - B 印“0 ’ 图3 准二级动力学模型曲线 F i g ．3Q u a s i s e c o n d a r yl e V e lk i n e t i c sm o d e l 从表2 的R2 可知，准二级动力学模型与改性膨 润土吸附C u 抖、N i 2 的行为吻合得较好，而且通过 拟合计算的吼值也与试验测量值相当接近。 综上所述，准一级和准二级动力学模型均能较 好地描绘膨润土对C u 抖、N i 2 的吸附现象，但对比 两种模型R 2 发现，准二级动力学模型能更好地描述 C u 2 4 、N i 2 在吸附剂上的吸附，这就说明了膨润土 对C u 抖、N i2 的吸附同时伴有物理吸附和化学吸 附，较为复杂，反应中同时发生的多个步骤联合控制 反应速率。在吸附的初始阶段，吸附速率受界面扩 散控制，超过4 0m i n 后，受颗粒的内扩散控制。 3结论 1 改性膨润土对C u 2 、N i 2 。的吸附行为能较好 地符合准二级动力学模型，其反应速率和反应物浓 度的平方成正比，体现了多重吸附机理的复合效应。 2 利用新疆自然储量丰富的膨润土进行有机化 改性，并作为一种新型的重金属吸附剂，在环境治理 领域将体现良好的经济效益和环境效益。 参考文献 [ 1 ] 刘杰，陆建平．天然膨润土对C r V I 的吸附动力学及等 温线研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 2 2 5 1 7 0 ． [ 2 ] 刘漫博，薛娟琴，李国平．8 一羟基喹啉萃取处理氯化亚铜 废水的研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 1 1 0 6 8 ． [ 3 ] 咸月，马晶晶，周晖．负载壳聚糖的膨润土对含酚废水的 吸附动力学研究[ J ] ．污染防治技术，2 0 1 3 ，2 6 2 7 1 0 ． [ 4 ] 黄凤祥，满瑞林，刘小勤，等．耦合技术处理重金属废水 的研究进展[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 1 6 6 7 0 ． [ 5 ] S t a d l e rM ，S c h i n d l e rPw ．M o d e l l n go fH a n dC u 2 ， a d s o r p t i o no nc a l c i u m m o n t m o r i l l o n i t e [ J ] ． C l a y sa n d C l a yM i n e r a l ，1 9 9 3 ，4 1 2 8 8 2 9 6 ． [ 6 ] 孙洪良，朱利中．表面活性剂改性的螯合剂有机膨润土 对水中有机污染物和重金属的协同吸附研究[ J ] ．高等 学校化学学报，2 0 0 7 ，2 8 8 1 4 7 5 1 4 7 9 ． 万方数据 2 0 1 5 年第1 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 7 3 [ 7 ] 张斌，孟昭福，李婷，等．两性修饰膨润土对苯酚吸附的 动力学研究[ J ] ．干旱地区农业研究，2 0 1 2 ，3 0 3 2 0 0 一 2 0 4 ． [ 8 ] 王雨红，粟海锋，文衍宣．吸附法脱除硫酸锰溶液中残余 有机物[ J ] ．有色金属 冶炼部分 。2 0 1 3 3 4 7 ． [ 9 ] L i nS u H s i a ，Ju a n gR u e y - S h i n ． H e a v ym e t a lr e m o v a l f r o mw a t e rb ys o r p t i o nu s i n gs u r f a c t a n t m o d i f i e dm o n t m o r i l l o n i t e [ J ] ．J o u r n a lo fH a z a r d o u sM a t e r i a l s ，2 0 0 2 ， 9 2 B 3 1 5 3 2 6 ． [ 1 0 ] N a s s e mR 。T a h i rSs ．R e m o v a lo fP b Ⅱ f r o ma q u e o u s ／ a c i d i cs o l u t i o nb yu s i n gb e n t o n i t e sa sa na d s o r b e n t [ J ] ． W e t ．R e s ，2 0 0 l ，3 5 1 6 3 9 8 2 3 9 8 6 ． ；⋯‘9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 p 9 9 9 9 9 9 p p 9 9 p p 9 p 9 9 9 ≯9 9 9 9 9 9 p 9 飞 冬‘ A， i入网通知； 2本刊已于1 9 9 7 年全文人编中国学术期刊 光盘版 ，1 9 9 9 年加入“中国 2 期刊网’’和“万方数据网“ ，作者稿酬已于本刊印刷版一次付清。不同意文章； 2 上网者，请在来稿上附带声明，以便本刊做适当处理。“中国期刊网”网址； 2h t t p ／／w w w ．c n k i ．n e t ／，本刊网址h t t p ／／m e t e ．c b p t ．c n “．n e t ／。万方数 2 据网址h t t p ／／w w w ．c h i n a j o u r a I ．g o V ．c n ／p e r i o d i c a I ，本刊网址h t t p ／／； { y s j s - y ．p e r i o d i c a l s ．n e t ．c n ／d e f a u l t ．h t m l 。 l 2本刊已开通网上在线投稿，请作者登录网站在线投稿，本刊网站地址为； { h t t p ／／删．嘲．岫m 。 l ≮ ≥ k F 、一d _ F p F 、p _ p p p 附p 一_ p 。一≮。p p p _ 8 一一F p 。_ e p p p p ，d p p F _ n ，n _ d t n F J p p p 9 p ≯9 p p p p p p 9 p p p p p p p p 9 9 p p ≯p p p p 也 ≈ 现货供应 混合澄清槽离心萃取器 请联系大连市沙河口区精华萃取设备设计研发中心 法人代表叶春林 电话1 3 7 0 4 1 1 3 6 7 7 ／0 4 1 1 8 8 1 2 4 2 2 7 ≮ ≮ I m 和州哪．L 一1 ～e X t r a c t i 。n ．c 。m { 。。。。。。一。。，。。。。。。。。。。，。。。。。。毋。。。。一，。。。。 ppppppppppppp ≯ r，， 9‘1q， 万方数据