复合改性粉煤灰处理含镍电镀废水的研究
前言
吸附法适用于处理电镀废水中的重金属离子。常用的吸附材料包括硅藻土、活性炭、粉煤灰及各种改性材料等。本文采用H2SO4、黏土及CaCO3对粉煤灰进行复合改性，并研究了复合改性粉煤灰对含镍电镀废水处理效果的影响。
1、实验
1.1、实验材料及仪器
实验材料：工业级的黏土：分析纯的CaCO3、H2SO4、Ni(NO3)2•6H2O、Cu(NO3)2•3H2O、Zn(NO3)2•6H2O：粉煤灰，由陕西某发电厂提供。
实验仪器：火焰原子吸收分光光度计，离心机，电热恒温鼓风干燥箱，高温箱式炉。
1.2、改性粉煤灰的制备
酸改性粉煤灰的制备：(1)将一定量的粉煤灰与浓度为2mol/L的H2SO4溶液按1：4的质量体积比进行混合，并在90℃下搅拌2h；(2)静置30min后离心、洗涤；(3)于100℃下过夜干燥、研磨，即可得到酸改性粉煤灰。
复合改性粉煤灰的制备：(1)将黏土、CaCO3和酸改性粉煤灰按一定的质量比混合均匀后，加入一定量的去离子水，并在磁力搅拌器上搅拌30min；(2)离心后于100℃下烘干、研磨；(3)在600℃下焙烧2h，即可得到复合改性粉煤灰。
1.3、吸附实验
(1)取100mL含Ni2+20mg/L的模拟废水于锥形瓶中，并调节pH值；(2)向其中加入1g复合改性粉煤灰；(3)置于水浴锅中，并在一定温度下搅拌一段时间；(4)取样：(5)采用火焰原子吸收分光光度计测定溶液中Ni2+的质量浓度，并计算Ni2+的去除率。
2、结果与讨论
2.1、不同粉煤灰对Ni2+吸附效果的影响
在吸附剂的投加量1g、Ni2+的初始质量浓度20mg/L、废水pH值6、反应温度35℃的条件下，研究了不同粉煤灰对Ni2+去除率的影响，结果如图1所示。
由图1可知：粉煤灰经复合改性后，其对Ni2+的吸附性能得到了大幅度的提高。一方面，在酸改性过程中，粉煤灰中的金属氧化物与H2SO4反应生成硫酸盐，使粉煤灰产生混凝性能；另一方面，酸改性使得粉煤灰的比表面积得到改善，更有利于吸附反应的进行。此外，黏土、CaCO3等助剂的添加进一步增加了吸附官能团种类和吸附比表面积。因此，复合改性后的粉煤灰对Ni2+的吸附性能显著提高。
2.2、废水pH值对Ni2+吸附效果的影响
废水pH值影响吸附剂表面电荷及金属离子在废水中的存在形式，进而对吸附过程产生影响。在复合改性粉煤灰的投加量1g、Ni2+的初始质量浓度20mg/L、反应温度35℃的条件下，研究了废水pH值对Ni2+去除率的影响，结果如图2所示。
由图2可知：随着反应时间的延长，不同废水pH值条件下的Ni2+去除率呈现出相同的变化趋势。当废水pH值较低时，Ni2+的去除率较低。这可能是因为废水pH值较低时，废水中H+的浓度较高，H+会占据复合改性粉煤灰的部分吸附位点，与Ni2+形成竞争吸附，导致Ni2+的去除效果不佳。随着废水pH值的增大，废水中H+的浓度降低，更多的吸附位点与Ni2+发生作用，使得Ni2+的去除率显著提高。当废水pH值为6时，Ni2+的去除效果最好，Ni2+的去除率可以达到97.68%。
2.3、反应温度对Ni2+吸附效果的影响
在复合改性粉煤灰的投加量1g、Ni2+的初始质量浓度20mg/L、废水pH值6的条件下，研究了反应温度对Ni2+去除率的影响，结果如图3所示
由图3可知：随着反应时间的延长，不同反应温度下的Ni2+去除率的变化趋势基本相近。当反应时间大于120min时，Ni2+的去除率趋于稳定。同时，随着反应温度的升高，Ni2+的去除率呈现出增大的趋势。一方面，反应温度升高能够加快废水中Ni2+的扩散速率：另一方面，反应温度升高也能够改善吸附剂与Ni2+的亲和力，从而提高Ni2+的去除率。
2.4、Cu2+、Zn2+的存在对Ni2+吸附效果的影响
电镀废水中除了含有Ni2+以外，还含有其他金属离子。研究了Cu2+和Zn2+的存在对Ni2+去除率的影响，结果如图4所示。其中：复合改性粉煤灰的投加量为1g，Cu2+、Zn2+及Ni2+的初始质量浓度均为20mg/L，废水pH值为6，反应温度为35℃。
由图4可知：Cu2+和Zn2+的存在对Ni2+的去除效果影响显著。复合改性粉煤灰对Cu2+的吸附速率很快，在吸附反应进行到10min时，Cu2+的去除率基本达到平衡。而复合改性粉煤灰对Zn2+和Ni2+的吸附速率较小，Zn2+和Ni2+的平衡时间基本一致。
3、结语
采用H2SO4、黏土及CaCO3对粉煤灰进行复合改性，并研究了复合改性粉煤灰对含镍电镀废水处理效果的影响。结果表明：复合改性粉煤灰显著提高了Ni2+的去除率。废水pH值和反应温度均会对Ni2+的去除效果产生影响。此外，Cu2+、Zn2+存在时与Ni2+形成了竞争吸附，使得Ni2+的去除率显著降低。复合改性粉煤灰吸附剂对Cu2+、Zn2+及Ni2+的吸附能力顺序为：Cu2+>Zn2+>Ni2+。
作者：李蕊，郭丽敏，王素娥
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