活性氧化铝除砷 中文

活性氧化铝对水中神吸附试验研究摘要：通过静态实验研究了活性氧化铝对水中As (v)的吸附性能，分析了 吸附As (v)动力学，吸附等温线以及不同pH和溶液中共存离子的影响。结果 表明：活性氧化铝吸附As (v)的最佳pH为46，在pH为5.5左右的时候达到最 大去除率99%；活性氧化铝吸附As (v)受氟离子，碳酸根离子和磷酸根离子影 响较大，硝酸根和硫酸根基本无影响，而氯离子有促进吸附的效果；活性氧化铝 吸附As (v)可用Langmuir吸附等温线很好的拟合，属于单分子层吸附，最大吸 附量为15.7mg/g ；其动力学符合Lagergren二动力学模型。关键词：活性氧化铝；As (v)；吸附；除神Adsorption of As (v) from water by activated Aluminum OxideAbstract:The adsorption properties of activated aluminum oxide to As (v) were researched by captive test in the paper.The adsorption kinetics > adsorption isotherm> influencing factors of Ph and coexistence ion were studied.The result showed that the optimal pH value adsorption of As (v) by activated aluminum oxide was from 4 to 6, when pH was about 5.5,the removal rate of As (v) was the largest,that was 99%.F-、 CO32-、PO32-前言：元素神对人和生物无毒属于内分泌干扰物的一种，而神的化合物都具有相当 的毒性。在自然界中神主要以硫化物存在，神已被美国疾病控制中心(CDC)和国 际防癌研究机构(IARC)确定为第一类致癌物，且三价神化物的毒性比五价神化物 要高得多。生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)规定饮用水中神的限值为50 g /L。如果人畜长期食用含神的水，则神化物将在人体内逐渐积累，造成慢性危 害。据报道，通过各种途径进入水圈的神，全世界每年约1万吨；由于神的用途 广泛，与人们的生产生活密切相关，很多工业生产中会产生大量的含神超标废水。 因此，对工业生产中的废水和生活中的饮用水的除神，是一个关系民生的重要课 题。常用的除神技术有吸附法、混凝法和离子交换法，其中吸附法以其使用简便、 经济、可再生等特点被广泛应用J，神吸附剂有活性炭、活性铝、粉煤灰、氧化 铁、负载铁交换树脂等。活性氧化铝具有很高内部表面积，这种高表面积三氧化 二铝粒子提供了大量的吸附位置，并有利于吸附的发生。并且活性氧化铝的加工 技术目前国内外已经非常成熟，其经济易得。笔者以三氧化二铝为研究对象，研 究了他对As (v)的去除性能。1. 实验内容与方法1.1实验内容试验主要研究了活性氧化铝对As (v)的吸附性能、去除率和吸附容量，包 括：1)单因素(pH值、反应时间、初始浓度、共存离子)对吸附性能的影响； 2)活性氧化铝对As (v)吸附等温线试验和动力学试验。1.2实验方法试验所用活性氧化铝吸附剂为购置，其各项物理指标如下：堆积密度 0. 70(g / cm3 )；比表面积320(m2 / g)；孔容积0. 40(cm3 / g)；粒径 1 2(mm)， 实验前磨碎过80目筛；用分析纯NaAsO3,配制As(v)质量浓度为1g/L的储备液， 用去离子水按要求稀释储备液，配制试验用水样。所用试剂:NaOH、Hcl、NaAsO3。 平衡溶液的神浓度用AFs-830原子荧光光度计测定。1.2.1吸附量和去除率的计算1) 吸附量：q=(c0-c)xV/1000m式中：q为平衡吸附量，mg/g； c0和c分别为溶液中神的初始浓度和吸附 后平衡浓度，mg/l； V为溶液体积，ml； m为活性氧化铝投加量，g。2) 去除率：(c0-c)x100%/ c0式中：c0和c分别为溶液中神的初始浓度和吸附后平衡浓度，mg/l。2. 结果与讨论2.1pH值对活性氧化铝除As (v)吸附性能的影响称取0. 1g处理好的活性氧化铝样品于100 mL离心管中，加入50mL质量浓 度为10 mg/L (以As计)含神溶液。用浓度为1 mol-Lo的HCl或NaOH溶液调节溶液 pH值，在25oC条件下置于振荡器上以1801-mim-1的转速振荡12 h(保证吸附平衡) 后，离心取上清液以Afs原子荧光光度计测量平衡溶液的浓度。并计算不同pH下 神的去除率。见图1图1 pH值对吸附速率的影响由图1可以看出活性氧化铝对As (v)的吸附性能与?日值有密切关系，pH 值对活性氧化铝除As (v)性能有着显著的影响。酸性条件下的去除率要显著高 于碱性条件，在pH为46时达到最大去除率。这主要是因为PH值能影响吸附剂的 表面电荷、被吸附物质的离子化程度和生成物的类型，不同的吸附剂在不同的PH 值下会表现出不同的吸附效果和变化规律。有研究表明，PH值是影响金属氧化 物对阴离子吸附的重要因素。而氧化铝的等电点PZC约等于6,在碱性环境中， 吸附剂表面呈负电性，吸附剂对阴离子的排斥作用增强，从而使吸附作用下降。 因此以活性氧化铝作除神剂，预先调节好含神水pH值或者将活性氧化铝酸化， 有利于活性氧化铝对神离子的吸附，以达到很好的除神效果。2.2共存离子对活性氧化铝除As (v)吸附性能的影响称取样品0.1g，置于100mL离心管中，加入50mL制备好一定含量的NO-3、 SO2、HCO-3、F-、cl-、HPO2-3，且神的质量浓度均为10 mg/L的水溶液。调节 溶液为中性，室温25oC条件下振荡12小时后离心测定神浓度。不同离子对去除率 影响见表1共存离子种类浓度(g/l)去除率Cl-1097.97%CO31035.53%F-1017.87%HPO3108.43%NO31094.21%SO41082.64%不加离子094.42%表1共存离子对吸附性能的影响由于神在溶液中是以神酸根阴离子形式存在，因此主要研究了水溶液中共 存阴离子对去除率的影响。由表1可以看出，磷酸根、碳酸根、氟离子共存条件 下对去除率的影响较大，其中氟离子的影响最大，说明在氟离子存在的条件下， 氟离子会与神酸根离子竞争吸附位点从而使去除率下降。硝酸根离子和硫酸根离 子有一定影响，但影响不大。而在氯离子存在的条件下，可以促进神离子的吸附。2.3活性氧化铝吸附As (v)的吸附等温线称取0. 1g活性氧化铝样品于100 mL离心管中，加入50mL质量浓度不同的 含As (v)溶液，调节溶液为酸性，25oC条件下振荡至平衡，离心后取上清液测 定平衡溶液中As (v)离子浓度，计算出不同浓度下的吸附量。结果如图2图2活性氧化铝吸附砷(V)的吸附等温线用Langmuir等温式和Freundlich等温式进行线性拟合，其中Langmui等温式形 式：1111=x + q q k c qe m c e m式中：qe为平衡吸附量，qm为最大吸附量，mg/g； kcLangmuir常数，ce为 平衡溶液浓度，mg/l；。Freundlich等温式形式：log q = log c + log ke n e f式中：qe为平衡吸附量，mg/g； ce为平衡溶液浓度，mg/l； ce和kf为Freundlich 常数。用实验数据进行Langmuir线性曲线拟合和Freundlich线性曲线拟合。如图3、 图4图3 Langmuir拟合曲线824C-2-1.5-1-0.500.5logCe图4 Freundlich拟合曲线由图3和图4可以看出活性氧化铝的Langmu i拟合曲线的相关参数R2=0.9468, b=0.0278； Frendlich拟合曲线的相关参数R2=0.9193，n=6.402，kf=0.0857，因此 活性氧化铝除As（V）的吸附吻和Langmui等温线式，吸附过程为单分子层吸附， 最大吸附量为15.7mg/g。2.4活性氧化铝吸附神的动力学研究称取0.4g样品于250m雌形瓶中，加入200ml质量浓度为10 mg/L （以As计）含 神溶液，调节溶液为酸性，温度25oC，不同时间取样测定As （v）浓度。吸附时 间与去除率的关系如图5所示。T(min)图5吸附时间对去除率的影响如图所示，在吸附时间为4h后其去除率达到90%以上，并且再随着反应时间 的增加去除率增长较为缓慢趋近与平衡。因此可以认为在吸附时间为4h后，吸附 基本上已达到平衡。将实验数据按照Lagergren二速率方程式进行拟合，可以求出活性氧化铝 吸附剂对As (v)的吸附速率常数。Lagergren二速率方程可表示为：t 1 t一 =+ q q2 kq式中t为吸附时间，min； qt和qe分别为吸附时间t和吸附平衡时的吸附量， mg / g； ：2为二级吸附速率常数，g / (mg-min)。结合结果见图6to/tt(min)0 0 0 0 0 5052 2 11图6 Lagergren二级速率方程由图可知，活性氧化铝对As (v)的吸附符合Lagergren二级速率方程， k2=0.016g / (mg.min), qe=4. 6mg / g。k2较小，说明该吸附过程较缓慢：吸附进 行1h,吸附的As (v)达到最大吸附量的81%，约4 h后才达到吸附平衡；前1h 为快速吸附阶段，之后吸附速率逐渐变慢，直至达到平衡。3.结论(1)活性氧化铝吸附As (v)的最佳pH46,去除率保持在95%以上，在?日 为5.5左右的时候达到最大去除率99%。(2) 活性氧化铝吸附As (v)受氟离子，碳酸根离子和磷酸根离子影响较 大，硝酸根和硫酸根基本无影响，而氯离子有促进吸附的效果；(3) 活性氧化铝吸附As (v)可用Langmuir吸附等温线很好的拟合，属于 单分子层吸附，最大吸附量为15.7mg/g；其动力学符合Lagergren二动力学模型。