改性膨润土对水中氟离子吸附性能研究

代纯年，曲 刚，黄玉亮，王雪娇

1.吉林省第一地质调查所，吉林 长春130033;2.长春迪瑞医疗科技股份有限公司，吉林 长春 130000

膨润土的主要成分是蒙脱石,质量分数一般在65%左右[1]。蒙脱石具有良好的吸附性，离子交换性和体积膨胀性[2]，根据蒙脱石的以上特性，膨润土可以起到吸附水中污染物及净化污水的作用，因此在环保方面应用广泛。由于天然膨润土的吸附性能有限，本文主要针对膨润土进行高温煅烧改性，并根据对吸附影响较大的几个因素的研究结论来得到最佳的吸附条件。

1 材料与方法

1.1 材料

试验中采用膨润土来自吉林省公主岭市。

1.2 仪器和试剂

仪器：PHS-25PH计；马弗炉。

试剂：

含氟废水：试验所用的氟废水是用氟化钠水溶液模拟的，配制质量浓度为400mg/L，存于塑料瓶中。

TISAB：将58 g的NaCl和10 g柠檬酸钠放入1 000mL的烧杯中，向烧杯中加入800mL的蒸馏水溶解，再加入冰醋酸57mL,用40%的NaCl溶液调解pH值到5.0，然后转至1 000mL的容量瓶中，定容，备用。

1.3 试验方法

采用标准曲线法：氟离子的质量质量浓度与电池的电极电位值复合能斯特方程[3]∶

得知氟离子质量质量浓度的对数值与电池电极电位值成直线关系[5],根据以上原理得工作曲线，根据测得的电极电势值换算得出氟离子质量质量浓度。

1.4 样品的测定

1.4.1 样品的处理

将天然膨润土置于烘箱内在105 ℃条件下烘干24 h，取出冷却，备用。

1.4.2 测定

用移液管准确移取 400mg/L的氟溶液4mL，4mL TISAB溶液于50mL容量瓶中稀释至刻度，得到质量质量浓度为32mg/L的氟溶液。分别用原土和高温改性土对氟溶液进行吸附，研究改性时间，改性温度，吸附时间，吸附剂用量，溶液pH值和吸附时间对吸附性能的影响。并对原土和改性土的吸附性能进行了比较。

图1 改性时间对吸附量的影响Fig.1 Effect ofmodi fi ed time on adsorption amount

图2 改性温度对吸附量的影响Fig.2 Effect ofmodi fi ed temperature on adsorption amount

图3 吸附剂的用量对吸附量的影响Fig.3 Effect of adsorbent dosage on the adsorption amount

图4 溶液的pH值对吸附量的影响Fig.4 Effect of the solution pH value on adsorption amount

2 实验结果

试验中以图表的形式来表示吸附剂用量，溶液pH值和吸附时间对吸附性能的影响。

2.1 改性时间的影响

改性时间对吸附量的影响见图1。

当改性温度为450 ℃，吸附时间为2 h，溶液的pH值为4，吸附剂用量为2 g，溶液处理量为50mL，氟离子初始质量浓度为32mg/L时，由图1可以看出当改性时间为1 h时吸附量达到最大当改性时间达到1 h后，吸附剂对氟离子的吸附效果逐渐趋于平稳。

2.2 改性温度的影响

改性温度对吸附量的影响见图2。

当高温改性时间为1 h，吸附时间为2 h，溶液的pH值为4，吸附剂用量为2 g，溶液处理量为50mL，氟离子初始质量浓度为32mg/L时，由图2可以看出，随着改性温度的增加吸附效果呈现逐步上升的趋势，当改性温度达到600 ℃时，吸附量开始下降，吸附去除率可达到90% 。

2.2 吸附剂用量的影响

吸附剂的用量对吸附量的影响见图3。

当高温改性时间为1 h，改性温度为500 ℃，溶液处理量为50mL，溶液的pH值为4，吸附时间为2 h，氟离子初始质量浓度为32mg/L时，由图3可得出，吸附剂用量小于1 g时，随着用量的增加吸附量的增加较快，当用量达到2 g时吸附趋于平衡。

2.3 溶液pH值的影响

溶液的pH值对吸附量的影响见图4。

当高温改性时间为1 h，改性温度为500 ℃，吸附剂用量为2 g，溶液处理量为50mL，吸附时间为2 h，氟离子初始质量浓度为32mg/L时，由图4可以看出随着溶液pH值的增加，吸附效果整体呈现下降的趋势。当pH值小于3时，吸附剂对氟离子的吸附效果随溶液pH值减小而下降的幅度较小，当溶液pH值大于3时，吸附效果下降的较快。从图中还可以看出当溶液pH值小于3时的吸附效果很好，吸附量很高，去除率达到95%。

2.5 高温改性膨润土吸附条件的正交试验优化

试验中采取4因素3水平的正交试验，实验选取的4种因素为改性时间，改性温度，pH值，吸附剂用量。得出最佳的吸附条件是：吸附剂用量2 g，改性温度500 ℃，改性时间 2 h，溶液的pH值4。在最佳条件下，高温改性膨润土对氟离子的吸附去除率达到90%以上，而未改性的天然膨润土的去除率在50%～65%之间。

3 结果讨论

从分析结果中可以看出，溶液的pH值，吸附剂的用量，吸附时间对氟的吸附都有较大的影响。当待处理溶液在酸性条件时，有利于吸附剂对氟的吸附，pH值越小，吸附量就越高，当溶液的pH值大于7时，吸附量几乎为零。从试验中得出在吸附的前30min内，吸附剂的吸附速率是很快的，之后吸附剂的吸附速率开始减慢，当吸附时间达到1 h后开始逐渐趋于吸附平衡，吸附量几乎不再发生变化。而吸附剂的用量对氟的吸附量影响也比较大，随着吸附剂用量的增加，吸附量也逐渐增加，并且增加的量逐渐减小。

试验证明，通过高温煅烧后的膨润土具有很强的吸附性，与原土比较其吸附性能有了很大的提高，用高温改性膨润土处理过的含氟废水中，其含氟量有了显著下降，当溶液的pH值小于3时，经改性膨润土处理过的含氟废水完全可以达到排放标准。

[1] 张文成,杨书平.哈密钠基膨润土生产活性白土的试验研究[J].非金属矿, 1998, 21 (5): 30.

[2] 蔡隆九.氟污染及其控制方法[J].包钢科技,2001,27(1):56-60.

[3] 张建英,张建峰.改性膨润土处理染色废水的研究[J].杭州大学学报(自然科学版), 1996, 23(3): 260.

[4] 朱利中,刘文涵.改性膨润土在废水处理方面的应用研究[J].环境化学, 1997, 16 (3): 233.

[5] 朱来东,等.工业氟污染的生物效应分析与研究[J].甘肃冶金,2003,25(1):57.