电镀废水重金属离子在蒙脱石中的富集及解吸特性研究

Heavy metal ions in electroplating industry wastewater can be adsorbed by montmorillonite. The adsorption process was affected by a variety of factors. For these factors , composite effects of pH, adsorption competition of multi-ions, as well as the coupling mechanism between these two factors were the key factors which inhibit the montmorillonite adsorption ability to further improve. Previous studies have fails to explain the combined mechanisms which affect adsorption process, so the theory is imperfect.In addition, after montmorillonite adsorbed the heavy metals, follow-up treatment was paid little attention. After the heavy metal adsorbed by montmorillonite, detailed studies of desorption were not carried out: studies of desorbent choice and desorption impact factors are very few, mechanism and kinetics is almost not been reported.In this subject, based on the original nature of montmorillonite, the key factors which affect the heavy metal accumulation and regeneration process of the spent montmorillonite will be studied. The aim of this study are further improve the ability of montmorillonite for heavy metal ions adsorption, to make the adsorption process more economical and avoid second pollution. So this technology has important significance for the industrial application in future.

蒙脱石对电镀废水中重金属离子的吸附受到多种因素制约，其中溶液pH值的复合影响、溶液中多离子竞争的影响以及2者之间的耦合效应是影响蒙脱石富集重金属能力的关键因素。以往的研究未能清晰解释以上因素对吸附过程的综合影响机制，导致相关理论不够完善。另外有关蒙脱石吸附重金属的后续处理问题现阶段关注不多，对于蒙脱石吸附重金属后的解吸问题还没有系统开展研究，关于解吸剂的选择、解吸影响因素的研究很少，解吸机理及动力学研究则几乎未见报导。针对以上问题，本课题将在不改变蒙脱石材料本身性质的前提下通过对影响重金属富集的关键因素进行研究，以期进一步提高蒙脱石对重金属的吸附能力。同时，采用解吸手段使蒙脱石吸附剂能够做到2次利用。通过本研究，可以在保持蒙脱石吸附剂廉价这一特点的前提下进一步降低该技术的运行成本，同时避免环境的2次污染。对未来该技术的工业化应用具有重要的理论和实践意义。

采用天然膨润土，利用高速离心法对原矿进行提纯，得到了纯度95%以上的高纯蒙脱石并提出了“纯矿物吸蓝量标定法”用于确定蒙脱石含量。研究表明，吸附效率与溶液中重金属离子浓度以及溶液体积呈负相关，与振荡速度关系不明显，与吸附温度呈正相关。溶液离子强度能显著影响Ni2+的吸附，但是对Cr(VI)的吸附影响并不明显。蒙脱石对Ni2+的吸附速率非常快，10 min吸附效率可超过70%，平衡吸附效率可达97.8%（初始浓度50 mg/L）。蒙脱石对Cr(VI)的吸附需要在酸性条件下才能实现，Cr(VI)初始浓度10 mg/L，其平衡吸附效率仅有19.3%。不同pH值下蒙脱石表面电位、表面质子化/去质子化反应过程、金属离子性质及存在形态、水合离子性质等因素以及各因素之间的耦合效应共同影响了重金属离子的单独吸附及竞争吸附过程以及吸附机理。表面络合模型计算结果表明，实验用蒙脱石表面结构电荷和可变电荷的密度分别为6.52×10-4、3.26×10-5mol/g；pH<pH PZNPC，蒙脱石颗粒表面的质子化反应同时发生在结构电荷位和可变电荷位但以前者为主；pH>pHPZNPC，可变电荷位在蒙脱石去质子化反应中起决定性作用。Ni2+和Cr(VI)的吸附分别符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型。Ni2+吸附过程中同时存在颗粒内扩散和膜扩散机制，Cr(VI)的吸附过程中膜扩散是主要控制步骤，Ni2+和Cr(VI)的吸附过程均符合准2级动力学方程。Ni2+吸附过程中的主要机制包括离子交换、外界表面络合、水解沉淀以及低温下的物理吸附作用；不同溶液浓度及pH值下影响Cr(VI)吸附的机制包括物理吸附、内界表面络合、离子交换、静电斥力等。Ni2+与Cr(VI)之间的吸附竞争程度较弱但与Cu2+之间会发生明显的吸附竞争，当Ni2+与Cu2+共存时，后者的吸附效率下降幅度在25%左右，阴离子不会影响Ni2+与Cu2+的竞争吸附。蒙脱石对Ni2+和Cu2+的竞争吸附过程符合准2级动力学方程，与单独吸附相比竞争吸附过程中蒙脱石对重金属离子吸附能力有15~18%的下降。热力学分析表明，竞争吸附条件下吸附Ni2+的主导机制为物理吸附而吸附Cu2+的机制为物理吸附与化学吸附的共同作用。竞争程度量化计算结果表明，随着溶液金属离子浓度增加，Ni2+的吸附竞争力增强而Cu2+的吸附竞争能力逐渐降低。低p