改性硅砂對金屬離子的吸附及其用于玻璃的著色.pdf

1、廢水凈化是當前人類社會發(fā)展面臨的重要問題之一。采用固體吸附劑去除廢水中的金屬離子是廢水處理領域的重要組成部分和有效手段之一，但吸附劑的再生又成為難題。吸附了金屬離子的吸附劑雖然經(jīng)過處理后可實現(xiàn)有限次地再利用，但吸附能力下降，并將連同吸附的金屬離子成為固體廢棄物而造成二次污染。同時金屬在某些領域具有使用價值，因此在解決水體污染問題時還要考慮重金屬離子的回收與利用。
　　本論文以水玻璃為硅源，通過改變包覆條件在硅砂表面構(gòu)建多孔二氧化硅

2、包覆層；并通過SEM、XRD、N2等溫吸脫附、差熱-熱重等分析測試手段對改性硅砂進行表征；研究了改性硅砂對鎳、鈷、銅三種金屬離子的吸附性能；以吸附了鎳、鈷、銅三種金屬離子的改性硅砂代替普通硅砂，用于顏色玻璃的制備，并測定了所得玻璃的光譜曲線。
　　實驗研究了表面活性劑 P123-硅砂-水玻璃-鹽酸的體系中加料順序、反應溫度和時間、鹽酸、P123和硅砂用量對硅砂改性的影響，并確定了最佳條件。在實驗條件下，先加水玻璃再加鹽酸溶液，反應

3、溫度和時間分別為60oC和12h，鹽酸、P123和硅砂用量分別為4ml、0.3g和2g時，制得的改性硅砂的比表面積最大，達28m2/g。SEM結(jié)果顯示，此改性硅砂顆粒棱角鈍化、表面粗糙、包覆層厚度為1.5~2μm，包覆層表面形貌以彎曲棒狀二氧化硅顆粒為主。此外，對包覆層形成機理也進行了研究，結(jié)果表明在酸性條件下水玻璃經(jīng)水解、縮聚生成的二氧化硅，與 P123自組裝后在硅砂表面形成包覆層。
　　在確定了最佳包覆條件后，對硅砂進行了多次

4、包覆。通過N2等溫吸脫附曲線可以看出，一次到五次包覆的改性硅砂的吸附曲線是介于II型和IV型之間的復合型曲線，包覆層中的孔主要來源于表面活性劑分解及有機溶劑揮發(fā)后凝膠中的孔隙。此外，隨著包覆次數(shù)的增加，改性硅砂的比表面積、前驅(qū)體失重量、包覆層厚度和當量直徑不斷增加。其中，五次包覆的改性硅砂的比表面積為131m2/g，是原始硅砂比表面積（0.2m2/g）的655倍；包覆層厚度約為30μm。
　　以五次包覆的硅砂為吸附劑，研究了pH值

5、、反應溫度、反應時間、初始離子濃度和改性硅砂用量對其吸附鎳、鈷、銅三種離子的影響。結(jié)果表明，改性硅砂在pH值分別為6、6、5時，對鎳、鈷、銅三種離子的吸附效果最佳；與鈷離子、銅離子相比，溫度對改性硅砂吸附鎳離子的影響較大；金屬離子的初始濃度的增大使改性硅砂對三種離子的吸附率逐漸下降；吸附時間對改性硅砂吸附三種金屬離子的吸附率無顯著的影響。
　　實驗將分別吸附了17.82mg鎳離子、20.04mg鈷離子、17.28mg銅離子的改性硅

6、砂用于玻璃的制備。研究發(fā)現(xiàn)，改性硅砂富集了足夠玻璃著色的鎳離子、鈷離子，成功制備出了顏色玻璃。但是，改性硅砂吸附的銅離子不足以使玻璃著色，需要進一步提高改性硅砂富集銅離子的能力。
　　論文研究成果為同時實現(xiàn)廢水處理、解決吸附劑的二次污染和廢水中金屬離子的再利用提供了一種新的思路。將廢水中金屬離子經(jīng)改性硅砂富集后用做玻璃的著色劑，既可達到凈水的目的，又可降低玻璃著色劑成本，并永久固化有害離子，能夠較完善地解決水中金屬離子的污染問題。