鋯改性蒙脫土多孔吸附劑制備及吸附Cr(Ⅲ)性能研究.pdf

1、制革過程中由于使用大量的鉻鞣劑使出水中含重金屬的穩(wěn)定達標(biāo)和深度處理成為我國皮革行業(yè)當(dāng)前面臨的迫切需求。相比電子電鍍、采礦冶金等“涉重”行業(yè)廢水，制革含鉻廢水具有中性鹽含量、高有機組份多、鉻形態(tài)復(fù)雜等特點，在使用傳統(tǒng)吸附法進行深度處理時對吸附劑在中性鹽與低濃度鉻的吸附選擇性具有更高的要求，同時對有機絡(luò)合態(tài)、多聚配合態(tài)鉻的吸附也要有一定的普適性。前期研究發(fā)現(xiàn)鋯(Zr)插層改性蒙脫土(MMT)制備的復(fù)合吸附劑具備以上兩個方面的優(yōu)點，但粉體吸附

2、劑在應(yīng)用過程中隨水流失問題在本研究中亦同樣存在，且在改性過程中對吸附性能有一定的影響。為此，本研究在對Zr改性MMT方法進行優(yōu)化的基礎(chǔ)上，重點圍繞Zr-MMT粉體的凝膠注模成型方法進行了研究，加入玻璃粉體提高成型體的強度，并圍繞成型前后EDTA、甘氨酸和甲酸等有機配體存在下鉻的吸附特征進行了實驗完善。研究主要結(jié)論包括如下幾個方面。
　　(1)在Zr-MMT制備優(yōu)化實驗中，研究發(fā)現(xiàn)Zr與MMT質(zhì)量比、改性溫度和燒結(jié)溫度均可通過改變M

3、MT層間距對Cr(Ⅲ)的吸附產(chǎn)生顯著影響。不同比例的Zr插層MMT可使MMT層間距發(fā)生顯著變化，并存在一個極大值，當(dāng)Zr與MMT質(zhì)量比為2∶5時，層間距達到最大值，其吸附量可達到8.79mg/g。改性溫度和燒結(jié)溫度對MMT層間距也有明顯影響，Zr-MMT的層間距隨兩個溫度的升高，層間距有下降趨勢，其下降主要改變了MMT吸濕膨脹性，當(dāng)改性溫度≤70℃、燒結(jié)溫度≤600℃時，層間距變化對Zr-MMT吸附Cr(Ⅲ)的影響不大。當(dāng)燒結(jié)溫度上升到

4、800℃時，ZrO2在MMT層間發(fā)生晶型轉(zhuǎn)化、造成層間片層結(jié)構(gòu)破壞，使吸附量急劇下降。研究確定最佳的燒結(jié)溫度為500℃，此時，Zr-MMT的比表面積由改性前MMT的30.8m2/g增大到39.5m2/g。在此溫度下的改性過程中，Zr插層MMT并沒有改變MMT的負電性，而當(dāng)外界pH＞6時，Zr的氫氧化物與MMT協(xié)同作用使Zr-MMT電負性更強，更有利用對陽離子型重金屬的吸附。吸附后的鉻離子也能進入層間使層間距增大。
　　(2)利用凝

5、膠注模法對粉體Zr-MMT進行多孔成型研究時，對成型時Zr/MMT配比、聚苯乙烯成型球量、起泡劑和燒結(jié)溫度對多孔成型Zr-MMT(P-Zr-MMT)的收縮率、孔隙率、Zeta電位、表面積、層間距變化的對吸附量的影響進行了實驗分析。結(jié)果表明，聚苯乙烯球量對多孔成型P-Zr-MMT的收縮度、孔隙度的影響較大，其差異達到20％以上。影響的主要原因在于聚苯乙烯球經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)后揮發(fā)改變了坯體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。最終確定成型參數(shù)為Zr∶MMT=2∶5，PS

6、球=30mL，起泡劑=1.65g，燒結(jié)溫度=600℃，成型后所得的多孔P-Zr-MMT，相比粉體，由于其表面積降低、且其聚苯乙烯球高溫?zé)Y(jié)后的部分碳化，使表面Zeta電位下降了約22％，但電負性足以滿足鉻吸附的要求，其在水體中的穩(wěn)定性可以達到要求，且孔隙率高、孔徑均一，分布均勻。
　　(3)通過成型前后Zr-MMT和P-Zr-MMT對有機配體存在條件下Cr(Ⅲ)吸附的比較研究發(fā)現(xiàn)，EDTA作為最強的重金屬螯合劑，與Cr(Ⅲ)可形成

7、穩(wěn)定的六元螯合物，隨著EDTA含量的增大，對Cr(Ⅲ)的吸附率大幅度降低，但即使在EDTA∶Cr=5∶1時，Zr-MMT和P-Zr-MMT對Cr(Ⅲ)的吸附與其他兩種配體的影響差異不大。而甘氨酸和甲酸對Cr(Ⅲ)的摩爾比即使增大到20∶1也對吸附鉻沒有影響。說明Zr-MMT和P-Zr-MMT對有機物干擾鉻的吸附具有較廣泛的適應(yīng)性。吸附過程中有機配體可以與Cr(Ⅲ)一同進入層間，使MMT層間距增大，有機配合物存在條件下，雖然Cr3+離子的