鄂州膨润土对南湖水中COD的吸附

鄂州膨润土对南湖水中COD的吸附研究褚晓亮，周嘉郁，陈再生，程飞飞，杨慧群（武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北省武汉市，430070）摘要：以鄂州膨润土为原料，研究其对南湖水中COD的吸附作用与机理，通过改变单一变量投加量，pH值，温度和搅拌时间，确定最佳吸附条件。结果表明，原南湖水COD含量为52.36mg/L，提纯膨润土的吸附效果不明显。而高温焙烧改性膨润土的吸附效果提升明显，当pH值为9，吸附剂用量为3g/L，吸附时间为30min，温度为55℃时，吸附效果为34.02%。吸附后水中COD的含量为34.55mg/L，达到国家V类水的指标[1]。关键词：膨润土；COD；吸附中图分类号文献标识码文章编号StudyonadsorptionofCODintheSouthLakebyEzhouBentoniteChuXiao-liang,ZhouJia-yu,GuanJun-fang,ChenZai-sheng,ChengFei-fei,YangHun-qun(SchoolofResourceful&EnvironmentalEngineeringofWuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070)Abstract：Toezhoubentoniteasrawmaterials,tothesouthlakewaterabsorptionfunctionandmechanismoftheCOD,throughthechangeasinglevariabledosingquantity,pHvalue,temperatureandstirringtime,determinedthebestadsorptionconditions.Theresultsshowedthattheadsorptionofbentonitepurificationeffectunder15%.WhenpHvaluefor9,absorbentdosagefor3g/L,adsorptiontimefor30min,for55℃temperature,hightemperatureroastingmodificationofbentoniteascensionadsorptioneffectsignificantly,adsorptioneffectof35%.水体中含有大量的污染物，除无机污染物外，还含有大量的有机污染物。鉴于水体中有机物的含量复杂，所以经常把化学需氧量COD作为水体中有机污染物的含量指标，同时也是水体污染程度的重要指标之一。膨润土是一种分布广泛的非金属矿产,其主要矿物成分为蒙脱石。蒙脱石具有很大的比表面积，决定了其具有较高的离子交换容量及很强的吸附能力等特性[2]目前，关于膨润土对COD的吸附已有不少研究，但绝大多数研究局限于高浓度的COD含量，并且大多为模拟废水[3-6]，专注于某一类有机物的吸附效果和吸附机理[7-8]。但实际污水往往达不到实验汇中缩合废水的浓度，并且实际污水中有机物种类也更为复杂。本论文研究了鄂州膨润土对低浓度COD含量的武汉市南湖水的吸附的效果与机理，对武汉南湖污水的处理具有指导意义。本实验分别做了南湖水中COD的含量，膨润土基本性能测试，提纯膨润土和高温焙烧膨润土对南湖水中COD的吸附效果。1实验部分1.1实验仪器、试剂与原料79-2磁力加热搅拌器，L×J-Ⅱ低速大容量多管离心机，压力蒸汽消毒器，STCL-2A数显智能恒温水浴箱，FA2004电子分析天平，pHS-3C精密PH计，KWY-500-电热干燥箱，微波消解炉，消解罐，25mL酸式滴定管，移液管，重铬酸钾，邻菲罗啉，硫酸汞，硫酸亚铁铵，硫酸亚铁，鄂州低品位钙基膨润土，其蒙脱石含量50%~65%，武汉南湖水。1.2南湖水中COD的测量用重铬酸钾法测量南湖水中COD的含量值为52.36mg/L，超出了地表水V类水质的COD含量指标[1]。1.3膨润土的提纯与改性以鄂州低品位钙基膨润土为原料，采用湿法提纯工艺，以1%六偏磷酸钠为分散剂[9]，矿浆浓度为25%，提纯后膨润土中蒙脱石含量由52.64%提高到86.58%提高膨润土纯度。将提纯膨润土在450℃的温度下焙烧2h，自然冷却后得到高温活化膨润土。将提纯膨润土与高温活化膨润土用研钵研磨，后用200目筛子筛分，取其筛下≤74um产品作为实验原料。其中提纯膨润土的基本性能见表1。表1提纯后的膨润土基本性能膨胀容（mL/g）胶质价（mL/g）吸蓝量（g/100g）蒙脱石含量（%）15.254.738.2786.581.4吸附实验取100mL南湖水加入到250mL的锥形瓶中，加入膨润土后，搅拌，吸附，然后取吸附后的水样10mL与消解罐中，加入5.00mL0.05mol/L的重铬酸钾消解液，加入10mL硫酸-硫酸银催化剂作催化剂，密封，用微波炉消解15min后，取出冷却，将溶液转入250mL锥形瓶中，用试亚铁灵作指示剂，用0.01mol/L的硫酸亚铁铵滴定。2结果与分析2.1不同投加量对COD吸附率的影响分别取0.1g，0.2g，0.3g，0.5g，0.8g提纯膨润土和高温活化膨润土各1份，分置于10个250mL的锥形瓶中，分别加入南湖水100mL，常温下搅拌30min，离心，取上层清液，用重铬酸钾法测定COD的含量，计算COD的去除率，结果如图1所示。0.005.0010.0015.0020.0025.0030.0035.0000.10.20.30.50.8投加量/gCOD去除率/%提纯膨润土高温活化膨润土图1COD去除率与投加量的关系由图可知，COD的去除率随投加量的增加而增大，其中当提纯膨润土的投加量在0.3g时，提纯膨润土对COD的吸附效果达到10.01%，之后随着投加量的增加，去除附效果提升并不明显。但由于未改性的膨润土中含有的水分子阻碍了有机物的吸附，所以吸附效果有限。高温焙烧膨润土对COD的吸附随投加量的增加有一个极为迅速的提升，当投加量达到0.3g时，COD的去除率达到30.32%，这是由于，随着膨润土投加量的增加，增加了吸附空间和吸附容量，投加量的增加促进了膨润土对COD正向吸附的过程。随后随着投加量的增加去除效果增长趋势不明显，膨润土的利用率也随之降低。从经济角度和去除效果方面考虑，宜将投加量定位3g/L。2.2不同pH值对COD吸附率的影响取0.3g提纯膨润土5份，高温活化膨润土5份，分置于10个250mL锥形瓶中，分别加入南湖水100mL，用NaOH溶液分别调节到不同的pH值,搅拌30min，离心，去上层清液，测定其中COD的含，计算COD的去除率，结果如图2所示。图2COD去除率与pH值的关系由图可知，膨润土对COD的吸附率随ph值的升高而基本经历一个由低到高，再变低的过程。当pH值为9时吸附效果较好，达到32.78%。可知钙基膨润土对COD的去除效果在弱碱性环境下最好。适当增加OH-浓度可使蒙脱石断面负电荷增加，增大离子交换容量[10]，从而提高了膨润土对COD的去除效果。但当OH-太高时，吸附在膨润土表明的碱量也相应增加，堵塞了层间的孔道，反而减小了离子的交换容量[11]，COD的去除效果反而降低。因此，膨润土去除COD的最佳pH值应为9。2.3不同吸附时间对COD吸附率的影响取0.3g提纯膨润土5份，高温活化膨润土5份，分置于10个250mL锥形瓶中，分别加入南湖水100mL，常温下搅拌10min，20min，30min，40min，60min，离心，取上层清液，测定其中COD的剩余含量，计算COD的去除率，结果如图3所示。0.005.0010.0015.0020.0025.0030.0035.0001.33.14.97.29.111.2pH值COD去除率/%提纯膨润土高温活化膨润土0.0010.0020.0030.0040.0001020304060搅拌吸附时间/minCOD去除率/%提纯膨润土高温活化膨润土图3COD去除率与搅拌时间的关系由图可知，膨润土对COD的去除作用随时间的增长而增长。在30min之前，膨润土对COD的吸附处于一个极为快速的吸附过程，此时由于膨润土中有大量的离子交换容量，膨润土去除水中COD的反应迅速。COD的去除率在短时间内有一个迅速提高。当搅拌时间为30min时，膨润土对COD的去除效果为30.21%。此时，膨润土去除COD的反应达到一个基本平衡状态。之后随着时间的继续增加，COD的去除效果提升并不明显。考虑到膨润土去除COD的反应绝大部分集中发生在前30min。所以膨润土去除COD的最佳搅拌时间定为30min。2.4不同温度下膨润土对COD吸附取0.3g提纯膨润土5份，高温活化膨润土5份，分置于10个250mL锥形瓶中，分别加入南湖水100mL，用恒温水浴锅分别设置25℃，35℃，45℃，55℃，65℃，搅拌30min，离心，取上层清液测定COD含量，计算COD的去除率，结果如图4所示。0.00%10.00%20.00%30.00%40.00%152535455565温度/℃COD去除率提纯膨润土高温活化膨润土图4COD去除率与温度的关系由图可知，在25℃——55℃之间，随着温度的升高，膨润土对COD的吸附效果逐渐提升。这是因为温度的升高对反应速度，离子的扩散有良好的促进作用，离子的交换速率也加快，从而提升了吸附效果。当温度达到55℃时，膨润土对COD的吸附效果达到最高值，为34.02%。之后，随着反应温度的继续升高，膨润土对COD的去除效果反而呈现下降趋势。由于温度的升高反而减小钙基膨润土Ca+的溶解度，减小了离子的交换容量，影响了钙基膨润土的吸附效果。由此可知，当温度为55℃的时候，膨润土对COD的吸附效果最好。但由于温度对COD的去除率影响变化并不是特别大，考虑到实际应用，反应温度定为常温25℃即可。3结论实验结果表明，提纯膨润土对COD的吸附率较低，去除效果不明显。究其原因，提纯钙基膨润土性能较差，质量不稳定，并且其中含有表面水，结构水，水膜阻碍了有机污染物质的吸附，使COD去除效果不明显。而通过高温焙烧活化，膨润土对COD的吸附作用有明显的提升，吸附前水中COD的含量为52.36mg/L，吸附后水中COD的含量为34.55mg/L，达到国家V类水的指标。因为提纯膨润土通过焙烧活化，失去了表面水，结构水，减小了水膜对有机污染物质的阻碍作用，有效地提高了膨润土的吸附作用，可以看出，当投加量为3g/L，pH值在9，温度为55℃，吸附时间为30min的条件下，膨润土对COD的吸附作用可以达到一个比较理想的吸附效果。参考文献[1]国家环境保护总局,监督检验检疫局.GB3838-2002.地表水环境质量标准[S].北京:中国环境科学出版社,2002[2]邱俊,吕宪俊.膨润土及改性产品在环境工程中的应用[J].中国非金属矿工业导刊,2003,6:45—48[3]梁彦秋,张显龙,邵红等.铁钛无机交联膨润土的制备及其对COD的吸附研究[J].当代化工,2004,33(06):347-349.[4]Sunchangshun,Jinqiting,Guoxinchao,etal.StudyonadsorptionofCODinorganotinwastewaterbypillaredmontmorillonites[J].Water&WastewaterEngineering,2007,33(11):174-178[5]郑国华,朱志彬.乌兰林格膨润土去除石化废水中COD的应用研究[J].非金属矿,2003,26(04):44-45.[6]李志娟,甄卫军,李振江等.中低品位膨润土对城市污水中COD吸附行为研究[J].环境科学与技术,2007,30(05):83-85.[7]邝应林,何少华,李昕等.改性膨润土对水中有机物的吸附[J].水资源与水工程学报,2011,22(01):134-137.[8]Lizhijuan,Zhenwei,jun,Pangguilin.Thermodynamicanalysisofurbansewage