铝镁铁三元类水滑石对Cr（VⅠ）的吸附性能研究

宋 勇， 刘 力， 王荣中， 颜福雄

（长沙学院 生物工程与环境科学系，湖南 长沙 410003）

铝镁铁三元类水滑石对Cr（VⅠ）的吸附性能研究

宋 勇， 刘 力， 王荣中， 颜福雄

（长沙学院 生物工程与环境科学系，湖南 长沙 410003）

采用共沉淀法合成了铝镁铁三元类水滑石，考察了该类水滑石对水溶液中Cr（VI）的吸附性能。结果表明：在温度为20℃，初始pH值为7的条件下，吸附剂对Cr（VI）的吸附平衡时间约为15min，平衡时吸附量为8.37mg/g；吸附量随初始pH值的降低而增大，当初始pH值为2.8时吸附量达到9.55mg/g；吸附量还随着初始质量浓度的增加而增大，但当初始质量浓度超过20mg/L后吸附量反而下降。

类水滑石；吸附；Cr（VI）

0 前言

Cr（VI）对人体有强致癌、致畸作用，是我国优先控制的污染物之一。目前，含铬废水的处理方法主要有化学沉淀法、膜法、电解还原法、生物聚集法及吸附法等［1－5］。其中吸附法具有费用低、易操作和对有毒物质不敏感等优点，是目前应用较为广泛的技术。

类水滑石具有较好的重金属离子富集能力，能把废水中呈溶解状态的重金属离子转变为不溶性的复合体［6－10］，从而达到去除水体中重金属的目的。本研究采用共沉淀法制备铝镁铁三元类水滑石，考察了该类水滑石对水体中Cr（VI）的吸附性能。

1 实验

1.1 主要试剂

氯化铁，氯化镁，氯化铝，氢氧化钠，碳酸氢钠，碳酸钠，盐酸，重铬酸钾，二苯碳酰二肼，磷酸，氯化钡。

1.2 实验仪器

DR 2700型水质快速数显测定仪，DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器，PHS-3C型酸度计，电子天平，抽滤机，GZX-DH202-0-BS型电热恒温干燥箱。

1.3 吸附剂的制备

分别称取氯化铝6.50g，氯化镁0.95g，氯化铁5.90g，碳酸钠1.90g，各自溶解于20mL去离子水中。将氯化铝溶液、氯化镁溶液和氯化铁溶液混合后升温至70℃，在搅拌速率为250r/min的条件下混合3min后加入已经升温至70℃的碳酸钠溶液。恒温反应20min后静置30min。取出悬浮液，抽滤。对滤饼反复洗涤至在滤液中检测不到碳酸根离子为止。然后将滤饼于103℃下烘24h，取出，放入干燥器中冷却至室温，研磨成粉末状备用。

2 结果与讨论

2.1 材料表征

对吸附剂进行电镜扫描，结果如图1所示。由图1可知：吸附剂呈现较规则的层状结构。

图1 吸附剂的SEM图

2.2 吸附性能研究

2.2.1 吸附时间的影响

在温度为20℃，初始pH值为7的条件下，将0.30g吸附剂投加到300mL初始质量浓度为10 mg/L的含铬溶液中。搅拌速率为200r/min。研究吸附时间对吸附剂去除Cr（VI）的影响，结果如图2所示。

图2 吸附时间对吸附性能的影响

由图2可知：在实验开始的前10min内吸附速率最快，表明吸附剂一直处于非饱和状态；当反应时间为15min时，吸附量为8.37mg/g；此后，随着反应的继续进行吸附量变化不大。从而可以认为吸附在15min左右达到饱和。

2.2.2 温度的影响

在初始pH值为7的条件下，将0.30g吸附剂投加到300mL初始质量浓度为10mg/L的含铬溶液中。搅拌速率为200r/min。在不同温度下吸附15min。研究温度对吸附剂去除Cr（VI）的影响，结果如图3所示。

由图3可知：温度对吸附效果的影响不大。在20～60℃的范围内，吸附剂对Cr（VI）的吸附量几乎没有变化。一般情况下，单纯的物理吸附受温度影响明显。通过对实验数据的分析，可以认为吸附剂对Cr（VI）的吸附除了物理吸附，还有化学吸附。

2.2.3 初始pH值的影响

图3 温度对吸附性能的影响

在不同初始pH值的条件下，将0.30g吸附剂投加到300mL初始质量浓度为10mg/L的含铬溶液中。搅拌速率为200r/min。在20℃下吸附15 min。研究初始pH值对吸附剂去除Cr（VI）的影响，结果如图4所示。

图4 初始pH值对吸附性能的影响

由图4可知：随着初始pH值的升高，吸附剂的吸附量显著下降。当初始pH值为2.8时，吸附量为9.55mg/g；当初始pH值为11时，吸附量为5.82mg/g。这表明在酸性条件下有利于Cr（VI）的吸附。吸附前后溶液的pH值，如表1所示。

表1 吸附前后溶液的pH值

图5 酸性条件下吸附后吸附剂的SEM图

图6 碱性条件下吸附后吸附剂的SEM图

通过图5和图6的对比可以看出：酸性与碱性条件下吸附完成后，吸附剂表面存在明显的差异。

2.2.4 初始质量浓度的影响

将0.30g吸附剂投加到300mL初始质量浓度分别为5mg/L，10mg/L，15mg/L，20mg/L，25 mg/L的含铬溶液中。溶液的初始pH值为7，搅拌速率为200r/min。在20℃下吸附15min。研究初始质量浓度对吸附剂去除Cr（VI）的影响，结果如图7所示。

图7 初始质量浓度对吸附性能的影响

由图7可知：当初始质量浓度为5mg/L时，吸附量为4.86mg/g；当初始质量浓度为20mg/L时，吸附量升高到11.56mg/g；但当初始质量浓度进一步增加时，吸附量反而下降。其原因为：低质量浓度时，吸附剂的吸附活性位没有被占满，饱和吸附量随着初始质量浓度的增加而逐渐增大；当初始质量浓度增加到一定值时反而会造成吸附活性位减小，从而造成吸附剂的吸附量下降。

3 结论

（1）采用共沉积法制备的铝镁铁三元类水滑石吸附剂有较规则的层状结构。

（2）在温度为20℃，初始pH值为7的条件下，吸附剂对Cr（VI）的吸附平衡时间约为15min，平衡时吸附量为8.37mg/g。

（3）溶液的pH值越低越有利于Cr（VI）的吸附；温度对吸附的影响不大。

（4）吸附量随初始质量浓度的增加而增大，但当初始质量浓度达到20mg/L后吸附量反而下降。

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A Study of Adsorption Performance of Al/Mg/Fe Ternary Hydrotalcite-Like Compounds on Cr（VⅠ）

SONG Yong， LⅠU Li， WANG Rong-zhong， YAN Fu-xiong
（Department of Bioengineering and Environmental Science，Changsha University，Changsha 410003，China）

The Al/Mg/Fe ternary hydrotalcite-like compounds were synthesized by coprecipitation，and the adsorption performance of such hydrotalcite-like compounds on Cr（VI）was investigated.The results suggest that when the temperature is 20℃and the initial pH value is 7，the equilibrium time of the adsorbent on Cr（VI）is 15min，and the equilibrium adsorption volume is 8.37mg/g；the adsorption volume increases with the decrease of the initial pH value，the adsorption volume reaches 9.55mg/g when initial pH value is 2.8；the adsorption volume increases also with the increase of the initial mass concentration，but the adsorption will decline when the initial mass concentration exceeds 20mg/L.

hydrotalcite-like compounds；adsorption；Cr（VI）

湖南省教育厅资助项目（10C0419）；长沙市科技计划项目（K110719-11）

X 703

A

1000-4742（2013）04-0043-03

2012-09-04