庄剑恒

(中冶建筑研究总院有限公司，北京 100088)

很多行业如冶炼、纺织、石油化工等在生产过程中会排放大量的含重金属废水，重金属具有不可生物降解、有毒、能在生物体内富集等特点［1］，因此重金属的存在成为人类生存环境中一个主要问题，这也使得去除废水中的重金属物质成为保护环境和人类健康的一个重要任务。由于吸附法具有高效、节能、可循环等特点，使其成为处理含重金属废水的重要方法之一［2］。蒙脱石是一种具有特定表面化学特性的天然粘土矿物，由于蒙脱石的晶体化学特性，其去除重金属离子的机制主要包括:1)在永久电位上的离子交换;2)在边缘位置表面羟基位的配合作用;3)在表面及内部孔道发生的沉淀作用［3］。鉴于蒙脱石对重金属离子的吸附能力，因此采用其作为吸附剂，以Cd2+，Zn2+，Pb2+等重金属离子为目标污染物开展吸附研究［4］。

1 实验

1.1 实验原理

分别溶解一定量的Ni(NO3)2·6H2O 和Cu(NO3)2·3H2O于0.5 L 蒸馏水中制备500 mg/L 的贮备液，稀释其至所需浓度来制备使用液，在25 ℃±1 ℃恒温水浴振荡器中进行吸附实验来研究吸附过程。向50 mL 的金属离子溶液中加入已知量的蒙脱石，充分混合，使吸附达到平衡。经过快速过滤，采用火焰原子吸收光谱法直接测定清液中残余的金属离子浓度。根据式(1)计算平衡时吸附量qe(mg/g):

其中，Ce为吸附平衡时离子浓度，mg/L;C0为溶液中初始离子浓度，mg/L;V 为溶液体积，L;m 为蒙脱石质量，g。

1.2 不同影响因素对吸附过程的影响研究

1)溶液初始pH 值对离子吸附性能影响研究:利用NaOH 溶液和HCl 分别调整溶液pH 值至预设值，一段时间后测定不同初始pH 值下溶液中Cu2+和Ni2+的剩余浓度;2)不同剂量吸附剂对离子吸附效果影响研究:在50 mL，100 mg/L 的金属离子溶液中加入不同剂量的吸附剂进行吸附，通过研究实验结果确定吸附平衡;3)不同浓度下吸附时间对离子吸附效果影响研究:配置不同浓度的离子溶液，采用一定质量的蒙脱石在不同时间内对溶液中的离子进行吸附研究并对结果进行分析，测得平衡吸附量与时间的关系。

2 实验结果

2.1 溶液初始pH 值对吸附性能影响研究

本实验研究了不同pH 值对水中Cu2+和Ni2+吸附的影响。结果表明:当pH ＞8.2 时，Cu2+和Ni2+均会发生沉淀，如图1 所示描述了不同pH 值下蒙脱石吸附溶液中Cu2+和Ni2+的剩余浓度，由图1 可以看出金属离子的吸附效果随着溶液pH 增大而大幅下降，溶液中金属离子的去除主要依赖于溶液中金属离子本身的特性和活性位点。在pH 较低时，溶液中的氢离子将与金属离子产生竞争，从而降低吸附效果;随着pH 升高，更多的表面负电荷可利用，使得更多的金属离子被吸收，从而使吸附效果明显提高。

图1 不同pH 下溶液中Cu2+和Ni2+的剩余浓度

2.2 不同剂量吸附剂对吸附效果影响研究

不同蒙脱石用量的情况下，实验结果如图2 所示。数据表明:随着吸附剂用量的增加，Cu2+和Ni2+的去除效率也相应增加，相同时间内蒙脱石对同体积同浓度的溶液的吸附效率随其投加量的增多而有所提高，保持吸附质浓度恒定不变，增加吸附剂用量使对于固定浓度的金属离子具有更多的可用位点，从而导致该结果。

图2 蒙脱石对Cu2+和Ni2+的吸附与吸附剂量的关系

2.3 不同浓度下吸附时间对吸附效果影响研究

蒙脱石吸附的Cu2+和Ni2+在不同浓度下与吸附时间的关系，如图3 和图4 所示表明了不同初始浓度下金属离子的吸附量qe(mg/g)与时间的关系。从图中可以看出，在50 min～100 min内，Cu2+的吸附便达到了最大值，而Ni2+吸附的最大值在100 min～150 min 内出现，且蒙脱石对Ni2+的吸附量要比对Cu2+的吸附量更高，从而蒙脱石对Ni2+的吸附行为更适用于其他天然吸附剂吸附金属离子的模型。

图3 不同初始浓度下对Ni2+吸附平衡量与时间关系

图4 不同初始浓度下对Cu2+吸附平衡量与时间关系

3 结语

本实验研究了蒙脱石(MMT)的表面特性以及其作为吸附剂对于废水中Cu2+和Ni2+的吸附潜力，研究表明:

1)不同影响因素下蒙脱石对Cu2+和Ni2+的吸附效果是不同的。溶液的pH 对吸附过程影响很大，pH 值增加有利于金属离子的去除;

2)相同条件下，蒙脱石对Ni2+的吸附效果要好于对Cu2+的吸附。

［1］A.Demirbas.Heavy metal adsorption onto agro-based waste materials:a review［J］.Hazard.Mater，2008(157):220-229.

［2］A.K.Bhattacharya，S.N.Mandal，S.K.Das.Adsorption of Zn(Ⅱ)from aqueous solution by using different adsorbents［J］.Chem.Eng.J.，2006(123):43-51.

［3］A.M.L.Kraepiel，K.Keller，F.M.M.Morel.A model for metal adsorption on montmorillonite［J］.Colloid Interface Sci.，1999(210):43-54.

［4］K.Saltal，A.Sar，M.Ayd n.Removal of ammonium ion from aqueous solution by natural Turkish (Y ld zeli)zeolite for environmental quality［J］.Hazard.Mater.，2007(141):258-263.