改性粉煤灰的制作

2024-09-13

改性粉煤灰的制作（精选9篇）

改性粉煤灰的制作篇1

未经加工的粉煤灰因含碳量高而影响水泥的早期强度，故掺量受到限制，应用受阻。

国外一水泥研究所发明了用改性粉煤灰制作高强度水泥的工艺，现简介如下。

粉煤灰加改性混合料，经成球后喂入回转窑出料端或冷却机入口，经1100～1450℃灼烧除碳，使含碳量≤3%，不熔残留物减少一半。经篦冷机的快速冷却(冷却速度应大于30℃/min)，分散在熟料中的改性粉煤灰，即可制得高强度的水泥。

上述“改性混合物”有水泥、窑灰、石灰石以及其它含氧化钙较高的各种工业废渣，如矿渣等。“混合料”的化学成分最好是CaO含量在38%～40%，SiO2在40%～42%，Al2O3在15%～17%。另外，煅烧温度与冷却速度是粉煤灰提高活性的关键之一;成球的目的是防止被煅烧的粉煤灰飘向窑尾和预热器内，从而影响熟料成分的稳定。成球用的粘合剂是5%的膨润土和40%以下的水，球径2～5mm;“混合料”与粉煤灰的配比大约在1:1左右。

改性粉煤灰的制作篇2

改性粉煤灰对有机废水的吸附试验研究

本文分别用改性前和改性后的粉煤灰对模拟印染废水进行吸附研究,通过试验得到较优化的工艺条件,结果表明,粉煤灰经酸改性后,其吸附效果大大提高.

作者：王群成岳郑鹏作者单位：王群,成岳(景德镇陶瓷学院,材料学院,江西,景德镇,333001)

郑鹏(景德镇陶瓷学院,材料学院,江西,景德镇,333001;海南大学环境与植物保护学院,海南,海口,570228)

刊名：佛山陶瓷英文刊名：FOSHAN CERAMICS 年，卷(期)： 19(11) 分类号：关键词：粉煤灰改性吸附模拟印染废水

粉煤灰的改性及其吸附性能篇3

本工作对粉煤灰进行了改性处理, 并将改性后的粉煤灰用于亚甲基蓝溶液的吸附, 考察了吸附剂加入量、振荡时间、溶液pH、溶液初始质量浓度及吸附温度等因素对亚甲基蓝的降解率和溶液脱色率的影响。

1 实验部分

1.1原料、试剂和仪器

实验用试剂均为分析纯。实验用粉煤灰的化学成分见表1。

实验仪器见表2。

1.2粉煤灰的改性

按文献[12]的方法对粉煤灰进行预处理。将改性剂ZnCl2与预处理后的粉煤灰混合均匀, 在混合物表面加覆活性炭, 于高温下煅烧1 h。煅烧后自然冷却至室温, 取5 g混合物与30 mL一定浓度的盐酸混合, 加热回流酸化1 h后, 冷却至室温。将反应产物水洗至pH为中性, 在120 ℃下干燥后即得改性粉煤灰。

1.3改性粉煤灰的吸附性能实验

向一定质量浓度的亚甲基蓝溶液中加入一定量的改性粉煤灰, 将混合液在一定温度下充分振荡反应一定时间。反应后以3 000 r/min离心5 min, 取上清液进行分析。

1.4分析方法

按照GB12496.10—1999《木质活性炭试验方法亚甲基蓝吸附值的测定》采用重铬酸钾法测定亚甲基蓝溶液的质量浓度。根据式 (1) 计算亚甲基蓝的降解率 (η, %) 。

η= (ρ0-ρ) /ρ0×100% (1)

式中:ρ0为初始亚甲基蓝溶液质量浓度, mg/L;ρ为吸附后亚甲基蓝溶液质量浓度, mg/L。

采用原子吸收分光光度计在波长为665 nm处测定亚甲基蓝溶液的吸光度。根据式 (2) 计算亚甲基蓝溶液的脱色率 (ξ, %) 。

ξ= (A0-A) /A0×100% (2)

式中:A0为吸附前亚甲基蓝溶液的吸光度;A为吸附后亚甲基蓝溶液的吸光度。

2 结果与讨论

2.1改性粉煤灰的制备条件对亚甲基蓝降解率的影响

采用正交实验的方法考察改性粉煤灰的制备条件对亚甲基蓝降解率的影响, 正交实验因素水平见表3, 正交实验结果见表4。由表4可见: 影响亚甲基蓝降解率的各制备条件的主次顺序为A>C>D>B;改性粉煤灰的最佳制备条件为煅烧温度850 ℃、粉煤灰与ZnCl2的质量比为2 ∶2、盐酸加入量为2.4 mol/L、粉煤灰粒径为16.8 mm。以下均采用在此最佳条件下制备的改性粉煤灰进行吸附实验。

2.2改性粉煤灰加入量对亚甲基蓝的降解率和溶液脱色率的影响

在亚甲基蓝溶液初始质量浓度为10 mg/L、溶液pH为5、振荡时间为1.0 h、吸附温度为25 ℃的条件下, 改性粉煤灰加入量对亚甲基蓝的降解率和溶液脱色率的影响见图1。由图1可见:当改性粉煤灰加入量为200 mg/L时, 亚甲基蓝的降解率和溶液脱色率最大。

● 降解率; ■ 脱色率

2.3振荡时间对亚甲基蓝的降解率和溶液脱色率的影响

在亚甲基蓝溶液初始质量浓度为10 mg/L、溶液pH为5、改性粉煤灰加入量为200 mg/L、吸附温度为25 ℃的条件下, 振荡时间对亚甲基蓝的降解率和溶液脱色率的影响见图2。由图2可见:振荡时间对吸附效果的影响比较明显;随振荡时间的延长, 亚甲基蓝的降解率和溶液脱色率先增加后减小;当振荡时间为3.0 h时, 亚甲基蓝的降解率和溶液脱色率最大。

● 降解率; ■ 脱色率

2.4溶液pH对亚甲基蓝的降解率和溶液脱色率的影响

在亚甲基蓝溶液初始质量浓度为10 mg/L、振荡时间为3.0 h、改性粉煤灰加入量为200 mg/L、吸附温度为25 ℃的条件下, 溶液pH对亚甲基蓝的降解率和溶液脱色率的影响见图3。由图3可见:当亚甲基蓝溶液趋近于强酸性或强碱性时, 亚甲基蓝的降解率和溶液脱色率相对较高;当溶液pH趋于中性时, 脱色率和降解率较低。因为在强酸或强碱条件下, 可以打开粉煤灰中多孔物质SiO2和Al2O3的空穴, 生成大量的细微小孔, 使其比表面积大大增加;在强酸性条件下酸根离子能与SiO2和Al2O3作用分别生成水合硅胶和水合铝酸盐及硅铝凝胶, 使粉煤灰可通过混凝作用对亚甲基蓝进行降解。

● 降解率; ■ 脱色率

2.5亚甲基蓝溶液初始质量浓度对亚甲基蓝降解率和溶液脱色率的影响

在振荡时间为3.0 h、改性粉煤灰加入量为200 mg/L、溶液pH为5、吸附温度为25 ℃的条件下, 亚甲基蓝溶液初始质量浓度对亚甲基蓝降解率和溶液脱色率的影响见图4。由图4可见:亚甲基蓝溶液初始质量浓度对吸附效果的影响比较明显;随亚甲基蓝溶液初始质量浓度的增加, 脱色率和降解率先增大后减小。

2.6吸附温度对亚甲基蓝的降解率和溶液脱色率的影响

在亚甲基蓝溶液初始质量浓度为10 mg/L、振荡时间为3.0 h、改性粉煤灰加入量为200 mg/L、溶液pH为5的条件下, 吸附温度对亚甲基蓝的降解率和溶液脱色率的影响见图5。由图5可见, 吸附温度较低时, 有利于吸附反应的进行。这可能是因为吸附过程是放热的。考虑到经济因素的影响, 一般选择在室温下直接进行吸附实验。

● 降解率; ■ 脱色率

通过上述条件实验确定改性粉煤灰的最佳吸附条件:亚甲基蓝溶液初始质量浓度为10 mg/L, 改性粉煤灰加入量为200 mg/L, 振荡时间为3.0 h, 溶液pH为5, 吸附温度为25 ℃。在此最佳条件下进行吸附实验, 亚甲基蓝的降解率和溶液脱色率分别达86.24%和82.76%。

3 结论

a) 以改性粉煤灰为吸附剂, 对亚甲基蓝溶液进行吸附实验。经正交实验确定改性粉煤灰的最佳制备条件:煅烧温度850 ℃, 粉煤灰与ZnCl2的质量比为2 ∶2, 盐酸加入量为2.4 mol/L, 粉煤灰粒径为16.8 mm。

b) 改性粉煤灰的最佳吸附条件:亚甲基蓝溶液初始质量浓度为10 mg/L, 改性粉煤灰加入量为200 mg/L, 振荡时间为3.0 h, 溶液pH为5, 吸附温度为25 ℃。在此最佳条件下进行吸附实验, 亚甲基蓝的降解率和溶液脱色率分别达86.24%和82.76%。

参考文献

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改性粉煤灰的制作篇4

摘要：采用正交试验的方法对影响粉煤灰处理矿井废水效果的因素条件进行优化选择,确定改性粉煤灰处理矿井废水的`最佳水平条件,为矿井废水的深度处理提供技术前提.试验结果表明,选择碱法改性灰为吸附剂,投加量为10 g/300 mL,pH值为5,搅拌时间为0.5 h,静沉时间为2 h时,对矿井废水的处理效果最佳.在最佳试验条件下,对CODCr、浊度和悬浮物的去除率分别可达到76.85%、95.84%和98.35%.作者：章刚桂和荣吴斌苑志华 ZHANG Gang GUI He-rong WU Bin YUAN Zhi-hua 作者单位：章刚,吴斌,苑志华,ZHANG Gang,WU Bin,YUAN Zhi-hua(安徽理工大学地球与环境学院,安徽,淮南,23)

桂和荣,GUI He-rong(宿州学院,安徽,宿州,234000;安徽理工大学地球与环境学院,安徽,淮南,232001)

改性粉煤灰的制作篇5

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

傅立叶变换红外光谱仪 (Nicolet380型) , 扫描电子显微镜 (S-4300型) , 紫外可见分光光度计 (TU-1901型) , 电热恒温水浴, 马弗炉。

试剂均为分析纯;粉煤灰来自富拉尔基热电厂, SiO2、Fe2O3和Al2O3含量为57.57%、15.56%, 6.27%。焦化废水采自黑龙江黑化集团有限公司, 经过二级处理后氨氮浓度为40~160mg/L。

1.2 改性粉煤灰的制备和表征

将粉煤灰经过磁选和酸洗处理后, 再与NaOH以1∶1 (W/W) 比例混合, 加入适量水溶解, 逐步升温至700℃焙烧1.5h后冷却, 将熔融物研磨过筛 (120目) 。按Na2O∶Al2O3∶SiO2∶H2O∶R (十二烷基磺酸钠/Al2O3) =3∶1∶2∶185∶0.1比例加入硫酸铝、十二烷基磺酸钠和水于250mL三颈瓶内, 于100℃搅拌反应4h后, 再陈化12h, 过滤烘干后研磨。通过SEM观察其形貌和颗粒度;利用IR进行结构测定。

1.3 水中氨氮含量的测定及氨氮的吸附试验

水中氨氮的测定采用HJ535-2009纳氏试剂光度法。

称取0.5g改性粉煤灰放入250mL锥形瓶中, 加入不同浓度的含铵废水100mL, 置恒温水浴振荡器中振荡, 使氨氮在液相和固相间的分配达到平衡, 80min后取出样品, , 静置15min, 取上清液测定NH3-N的平衡浓度, 计算沸石对NH3-N的吸附量。改变NH3-N浓度、温度、pH、平衡时间等条件, 进行不同条件下的吸附实验。

铵吸附量 (qe, mg/g) 和铵去除率 (ρ) 计算如下:

式中:Co和Ce为初始和平衡时铵的浓度 (mg/L) ;V是测试溶液的体积 (L) ;W是吸附剂的用量 (g) 。

2 结果与讨论

2.1 粉煤灰SEM分析

由图1可知, 原粉煤灰主要呈现球形、表面光滑的玻璃体和未燃尽碳渣等。由图2可知, 经改性后的粉煤灰已从球状、光滑的颗粒形态, 转变为不规则的、表面粗糙的颗粒形态;同时微孔明显增多, 孔隙被扩大和加深, 内部结构更曲折、复杂, 使粉煤灰的比表面积增大, 从而增加了产物的吸附能力。

2.2 粉煤灰IR分析

由图3可知, 改性后粉煤灰中的结晶水中的-OH的伸缩振动峰和弯曲振动峰分别为3477cm-1和1655cm-1, 而原粉煤灰中无二峰;粉煤灰在1095cm-1、798cm-1、570cm-1附近有3个谱峰, 分别是Si/Al-O非对称伸缩振动峰、Si-O键对称伸缩振动峰和Al-O键对称伸缩振动峰。而反应后Si/Al-O非对称伸缩振动峰向低波数移动 (1001cm-1) , 粉煤灰原有的798cm-1谱峰消失。在721cm-1、623cm-1、532cm-1出现3个新的谱峰, 分别为硅/铝氧四面体中Si-O键和Al-O键对称伸缩振动峰, 表明改性后的粉煤灰确实具有类似沸石骨架结构。

2.3 产物的吸附速率

不同时间改性粉煤灰吸附NH3-N的结果见图4。由图4可知, 改性粉煤灰对NH3-N的的吸附量在前30min迅速增加, 后增加幅度减小, 经过80min后吸附量基本不再增加, 吸附达到平衡。将改性粉煤灰在不同时间对NH3-N的吸附数据分别采用Lagergren一级吸附速率方程和二级吸附速率方程进行线性回归,

其结果见表1。Lagergren一级吸附速率方程线性相关系数 (R2) 明显高于二级吸附速率方程线性相关系数, 且由方程计算出平衡吸附量 (qe.c) 与实验所得平衡吸附量 (qe) 非常接近。说明改性粉煤灰对NH3-N的吸附符合一级动力学方程。一级吸附速率常数为0.757L/min。

2.4 产物的吸附等温模式

Langmuir吸附等温式模型是根据以下假定:吸附剂和吸附质之间发生化学吸附, 每个吸附位可吸附一个分子, 吸附是单分子层的;吸附剂表面是均匀的, 也就是均匀分布的各吸附位的吸附热为常数;被吸附的分子间相互不发生作用。Langmuir吸附等温式可表示为:

式中, qm为单位质量吸附剂的饱和吸附量, mg/g;KL为Langmuir等温吸附方程式常数。

在不同的初始氨氮浓度和温度下, 以Ce/qe和Ce作图得Langmuir吸附等温线 (图5) , 计算出的相关参数见表2。由表2得知:产物的单分子层饱和吸附量qm在35℃和25℃时分别为19.46mg/g和25.71mg/g, 均高于实验值 (15.15mg/g35℃, 20.29mg/g 25℃) 。Langmuir吸附等温常数KL为0.258 (35℃) 和0.275 (25℃) , 随着温度的升高而下降, 说明氨氮的吸附为放热过程。

Freundlich吸附等温式可描述表面不均匀或吸附位吸附粒子后相互作用的表面吸附过程, 是经验公式, 其表达式为:

式中KF, 1/n为Freundlich等温吸附常数。

以㏑qe和㏑Ce作图得Freundlich吸附等温线 (图6) , 计算出的相关参数见表2。利用Freundlich吸附等温式求出产物吸附氨氮的参数n均大于1, 为优惠吸附。两种吸附等温式的相关系数均较高, 表明产物吸附NH3-N分别符合Langmuir和Freundlich吸附等温式。

2.5 pH对NH3-N吸附量的影响

pH值对氨氮的吸附有着明显的影响, 试验结果见表3。当pH由3.0升至7.0时, 铵离子的吸附量从11.73mg/g提高至17.85mg/g, pH值继续升高吸附量下降, 当pH值12.0时, 吸附量降至10.87mg/g, 所以吸附氨氮最佳pH值为7.0。其原因是由于pH高于7时, 铵离子转化为氨无法被改性粉煤灰吸附, 因为只有离子态才能与改性粉煤灰进行离子交换。

在pH低于7时, 氢离子浓度上升, 铵离子为主要存在方式, 但由于沸石结构发生改变, 导致吸附量下降。

2.6 产物用量对NH3-N去除率的影响

吸附剂用量对NH3-N去除率影响见表4。当吸附剂量从0.5g/L提高到6.0g/L, NH3-N去除率从38.3%提高到91.5%, 在吸附剂用量为4.0g/L时, 吸附效果达到最佳。在吸附质浓度及其它条件不变的情况下, 随着吸附剂用量的增加, 其活性吸附位点数量和表面积增加, 去除率上升。

3 结论

(1) 随着溶液氨氮浓度的增大, 改性粉煤灰吸附量上升, 对NH3-N的吸附速率符合Lagergren一级动力学方程。随着温度的升高氨氮的吸附量下降, 吸附为放热过程。吸附特性符合Langmuir和Freundlich吸附规律。

(2) 改性粉煤灰具有“快速吸附, 缓慢平衡”的特点, 即吸附的初始阶段 (0~30min) , 吸附量随时间显著上升, 此后趋于平缓。

(3) 粉煤灰改性后微孔数量增加, 比表面积增大, 从而增加了对氨氮的吸附能力, 有利于废水中NH3-N的去除。对于处理本浓度范围的焦化废水, 改性粉煤灰的最佳用量为4.0g/L, 吸附平衡时间为80min, pH值为7~9时效果最好。

(4) 改性粉煤灰对焦化废水中NH3-N去除率可达91.5%, 净化效果良好, 且该产物制备方法简单, 成本较低, 废水处理费用少, 实现了以固体废弃物治理废水的目的, 具有良好的经济效益、社会效益和明显的环境效益, 值得推广应用。

摘要：以粉煤灰为原料采用湿法碱熔, 加入氢氧化钠、硫酸铝和十二烷基磺酸钠进行水热合成, 通过SEM、IR等手段进行了形貌和结构分析, 用纳氏试剂法测定废水中NH3-N的含量。改性粉煤灰对NH3-N的吸附速率符合Lagergren一级动力学方程。对氨氮的吸附为放热过程, 吸附特性符合Langmuir和Freundlich吸附规律。改性粉煤灰对焦化废水中NH3-N去除率可达91.5%, 净化效果良好。

关键词：粉煤灰,焦化废水,氨氮,吸附

参考文献

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改性粉煤灰的制作篇6

本工作选择合适的改性剂对粉煤灰进行改性, 并应用于含磷废水的处理, 达到了深度脱磷的效果;将改性后的粉煤灰通过有机高分子交联的方法进行成型处理, 在不影响吸附量的同时, 使改性粉煤灰在水中易于沉降, 达到快速灰水分离的目的。

1 实验部分

1.1 原料、试剂和仪器

实验用试剂均为分析纯。

实验用粉煤灰:粒度大于60目, 常州市震华热电有限公司。

XA-1型高速粉碎机:金坛市盛蓝仪器制造有限公司;SX2-4-LO型马弗炉:上海平联环境试验设备公司恒昌仪器厂;DHG-9140A型电热恒温鼓风干燥箱:上海一恒科技有限公司;T6型新世纪分光光度计:北京普析通用仪器有限责任公司;KH3200DE型数控超声波仪:昆山禾创超声仪器有限公司。

1.2 改性粉煤灰的制备

将粉煤灰置于粉碎机中粉碎, 于500℃马弗炉中灼烧2 h, 取出后冷却至室温, 备用。

向10 g粉煤灰中滴加30 m L质量分数为20%的氢氧化铝乳浊液, 充分搅拌后抽滤, 于120℃烘干, 制得氢氧化铝改性粉煤灰。

将10 g粉煤灰置于坩埚中, 用硫酸铝溶液浸渍后, 搅拌均匀。于100℃烘箱中恒温烘干水分, 置于500℃马弗炉中灼烧2 h, 制得硫酸铝改性粉煤灰。

向10 g粉煤灰中加入30 mL V (盐酸) ∶V (硫酸) ∶V (水) =1∶1∶2的混和酸, 于室温下充分搅拌后抽滤, 于120℃烘干, 制得酸改性粉煤灰。

在80℃条件下, 向10 g粉煤灰中滴加8 m L浓度为5.0 mol/L的氢氧化钠溶液, 浸渍3 h, 于80℃烘干, 制得碱改性粉煤灰。

1.3 改性粉煤灰的成型

取烘干后的改性粉煤灰加入适量丙烯酰胺、N, N-亚甲基双丙烯酰胺以及氧化还原引发剂, 聚合成型。将成型改性粉煤灰粉碎, 于80℃烘干, 取40~60目筛余物备用。

1.4 改性粉煤灰除磷实验

向100 mL磷质量浓度为10.0 mg/L的模拟废水中加入1 g改性粉煤灰, 调节体系pH为中性, 于室温下以300 r/min的转速搅拌1 h, 静置。取上清液, 采用分光光度法测定磷浓度, 计算磷去除率。

1.5 改性粉煤灰的超声再生

向吸附后的粉煤灰中加入适量蒸馏水, 在超声功率为800 W、超声时间为30 min的条件下进行超声处理, 超声结束后静置沉淀, 于60~70℃干燥。考察再生后改性粉煤灰的除磷效果。

2 结果与讨论

2.1 不同改性粉煤灰的除磷效果

不同改性粉煤灰的除磷效果见表1。由表1可见:经氢氧化钠改性和混合酸改性后, 粉煤灰的磷去除率反而变低, 这是因为改性使粉煤灰中的主要吸附活性物质Al2O3和CaO变为Al3+和Ca2+, 吸附能力下降;经氢氧化铝、硫酸铝改性后粉煤灰的磷去除率有了很大提高;氢氧化铝改性粉煤灰的磷去除效果最佳, 磷去除率可达100%, 这是因为氢氧化铝和硫酸铝改性增加了粉煤灰中Al2O3的活性点, 提高了吸附能力。

用氢氧化铝和硫酸铝改性粉煤灰处理后的废水的磷质量浓度低于0.50 mg/L, 达到GB8978—1996《污水综合排放标准》[4]中的一级标准。

2.2 吸附等温线

以氢氧化铝改性粉煤灰作为吸附剂, 初始磷质量浓度对吸附量的影响见表2。

由表2可见, 随初始磷质量浓度的增加, 吸附量逐渐增加, 磷去除率逐渐降低。根据表2中的数据绘制改性粉煤灰对磷的吸附等温线, 见图1。

粉煤灰对磷的吸附主要是化学吸附, 基于单分子层吸附理论, 采用Langmuir等温吸附方程对吸附等温线数据进行拟合, 得方程ρe/qe=1.301 9ρe+0.055 3, 相关系数为0.999 9。式中:ρe为吸附平衡时磷质量浓度, mg/L;qe为平衡吸附量, mg/g。计算得出改性粉煤灰对磷的饱和吸附量为0.77 mg/g。

2.3 成型氢氧化铝改性粉煤灰的除磷效果

氢氧化铝改性粉煤灰成型前后的除磷效果见表3。由表3可见:成型氢氧化铝改性粉煤灰的磷去除率略低于氢氧化铝改性粉煤灰的磷去除率。这是由于氢氧化铝改性粉煤灰成型后, 粉煤灰积聚, 使有效比表面积降低, 导致吸附性能略有下降。但成型氢氧化铝改性粉煤灰的磷去除率仍可达97.70%, 处理后模拟废水中的磷质量浓度为0.23mg/L, 低于0.50 mg/L, 达到GB8978—1996《污水综合排放标准》中的一级标准;但成型氢氧化铝改性粉煤灰的沉降时间较氢氧化铝改性粉煤灰缩短了14倍, 灰水分离效果非常明显。

改性对粉煤灰的成型具有积极作用。通常改性前粉煤灰的成型灰限量只有50 g, 即当粉煤灰质量大于50 g时, 高分子引发困难, 不易成型。成型灰限量低会严重影响粉煤灰的表面积, 影响磷去除率。而采用氢氧化铝改性后粉煤灰更易成型, 成型灰限量可达140 g, 对磷去除率影响小。

2.4 超声再生成型氢氧化铝改性粉煤灰的除磷效果

超声再生成型氢氧化铝改性粉煤灰的除磷效果见表4。由表4可见, 成型氢氧化铝改性粉煤灰经超声再生后, 磷去除率可达67.90%, 表明超声对改性粉煤灰具有一定的再生效果, 再生后的成型氢氧化铝改性粉煤灰具有一定的重复使用价值。

3 结论

a) 选用适当的改性剂对粉煤灰进行改性处理, 将改性后的粉煤灰用于处理低浓度含磷废水, 提高了粉煤灰的深度除磷性能。

b) 以1 g氢氧化铝改性粉煤灰作为吸附剂, 处理100 m L磷质量浓度为10.0 mg/L的模拟废水, 磷去除率可达99.70%, 处理后模拟废水中磷质量浓度低于0.50 mg/L, 达到GB8978—1996《污水综合排放标准》中的一级标准。

c) 改性后的粉煤灰通过有机高分子交联方法进行成型处理。成型粉煤灰的沉降时间缩短了14倍, 灰水分离效果非常明显。

d) 超声再生氢氧化铝改性粉煤灰对磷的去除率为67.9%, 表明超声对成型氢氧化铝改性粉煤灰有一定的再生效果。

参考文献

[1]贺心燕, 邓春蕾.粉煤灰除磷的试验研究[J].中国西部科技, 2009, 26 (8) :25-26.

[2]崔丽娜, 李继, 吕小海.污水除磷技术的研究与发展[J].环境保护科学, 2011, 37 (2) :10-13.

[3]杨林锋, 翟建平, 郑波, 等.酸改性粉煤灰去除污水中磷的试验研究[J].粉煤灰综合利用, 2006, 23 (3) :18-20.

粉煤灰的改性及对刚果红的吸附篇7

本工作采用不同的方法对粉煤灰进行改性, 用改性粉煤灰对模拟刚果红废水进行脱色, 从而筛选出最有效的改性方法。对粉煤灰吸附刚果红的数据进行动力学研究, 为改性粉煤灰在水处理领域的应用提供理论依据。

1 实验部分

1.1 试剂、材料和仪器

刚果红、Na OH、HCl、HNO3均为分析纯。

粉煤灰:粉末状, 粒径小于100μm;粉末活性炭:粒径小于150μm, 比表面积1 000~1 200 m2/g, 灰分小于5%;颗粒活性炭:粒径0.5~2.0 mm, 比表面积900~1 100 m2/g, 灰分小于5%。

UV-265型紫外-可见分光光度计:日本岛津仪器有限公司;CP225D型电子天平:德国Sartourius公司;202-1型电热干燥箱:江苏省东台县电器厂;JJ-4型六联同步电动搅拌器:江苏金坛市中大仪器厂;DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器:巩义市予华仪器有限责任公司;80-1型离心机:江苏金坛市佳美仪器厂;D-max/3C型XRD仪:日本理学公司;1730型FTIR仪:日本日立公司。

1.2 粉煤灰的改性

将粉煤灰过0.074 mm筛, 取筛下物即未改性粉煤灰 (FA) , 分别进行以下改性处理。

1) 沸水浸泡:将FA在烧杯中用沸腾的去离子水加热1 h, 水煮后用一定量的去离子水清洗, 再置于烘箱中在110℃下烘干, 得到沸水浸泡改性粉煤灰 (WFA) 。

2) 碱浸/酸浸:将FA分别在浓度为2 mol/L的Na OH溶液和HNO3溶液中浸泡4 h, 用大量去离子水清洗至中性, 再置于烘箱内烘干, 分别得到碱浸改性粉煤灰 (ALFA) 和酸浸改性粉煤灰 (ACFA) 。

3) 加热:将FA在500℃下加热1 h, 自然冷却至室温, 得到热处理改性粉煤灰 (BFA) 。

1.3 吸附实验

取100 m L初始刚果红质量浓度为20 mg/L的废水, 加入50 g/L的吸附剂, 在一定温度下搅拌, 搅拌转速为500 r/min, 搅拌2 h后, 静置1 min, 离心机离心后取上清液, 测定吸光度。

1.4 分析方法

采用紫外-可见分光光度计于495 nm处测定废水吸光度, 计算脱色率;采用XRD仪分析改性前后粉煤灰的物相;采用FTIR仪分析改性前后粉煤灰的官能团。

2 结果与讨论

2.1 改性对粉煤灰结构和官能团的影响

改性前后粉煤灰的XRD谱图见图1。将改性前后粉煤灰的XRD谱图与相应物的卡片库标准谱图进行对照, 确定粉煤灰的主要物质成分是石英、Al2O3·2Si O2和Fe2O3。由图1可见:在2θ为20°~30°之间出现了较强峰, 说明粉煤灰中含有一定量的无定形玻璃体或未燃尽炭;经沸水浸泡、酸浸、加热后的粉煤灰的物相没有明显变化, 但经碱处理后的粉煤灰在2θ为28.12°处出现了一个强度较大且峰形尖锐的新衍射峰, 表明有新的晶形矿物生成。根据卡片库标准谱图, 该衍射峰为Na Pl型沸石的特征峰。Na Pl型沸石类物质的生成可大大提高粉煤灰的吸附性能[12]。

改性前后粉煤灰的FTIR谱图见图2。由图2可见, FA中含有大量的官能团, 3 412 cm-1处的吸收峰是N—H伸缩振动峰, 3 137 cm-1处的宽峰是O—H的伸缩峰, 1 401cm-1和2 780cm-1处的吸收峰分别是C—H的弯曲和伸缩震动峰, 2 100~2 400 cm-1的小吸收峰是C C和C N伸缩振动峰, 1 737 cm-1处的宽峰是C O的双键伸缩振动峰, 1 110, 779, 469cm-1处的吸收峰分别是Si—O—Si和Si—O (Al) 的不对称和对称伸缩振动峰。大量的官能团使FA具有良好的吸附性能。经沸水浸泡、碱浸、酸浸、加热等改性后, 粉煤灰的FTIR谱图没有明显变化。

2.2 改性粉煤灰对刚果红的吸附效果

改性前后粉煤灰对刚果红的吸附效果见图3。由图3可见:WFA、ALFA、BFA的脱色率分别为78.01%、87.52%和83.44%, 分别较FA提高了2.00个百分点、14.43个百分点和9.10个百分点;而ACFA的脱色率为55.94%, 较FA降低了26.86个百分点。可见碱改性能明显提高粉煤灰的吸附性能, 沸水浸泡和加热后粉煤灰的吸附性能略有提高, 强酸反而抑制了粉煤灰的吸附性能。这可能是由于, 碱改性过程中生成的Na Pl型沸石类物质提高了粉煤灰的吸附性能;沸水浸泡改性可去除粉煤灰中的油脂、纤维等杂质以及K2O、Na2O等物质, 有利于吸附;适当加热会使粉煤灰内部的水分蒸发, 使粉煤灰的吸附性能更强, 并且加热能够去除粉煤灰中的部分杂质, 增大粉煤灰的比表面积, 导致吸附性能有一定程度的提高[13,14];而强酸改性会使粉煤灰中部分活性物质如Al2O3和Ca O与酸发生反应生成Al3+和Ca2+, 失去吸附能力, 另外在强酸环境下粉煤灰表面吸附了大量H+, H+与染料阴离子的结合降低了粉煤灰与染料阴离子间的静电吸引力, 导致脱色率降低。因此后续实验均以ALFA作为吸附剂。

2.3 改性粉煤灰与活性炭的吸附效果比较

活性炭具有很大的比表面积, 且表面含有大量的化学基团, 如羟基、羧基、羰基、酚羟基、醌基羰基、环式过氧基以及结构较复杂的碱性基团, 使活性炭的表面具有许多活性中心。在加入量相同的条件下, 改性粉煤灰与活性炭的吸附效果比较见表1。

由表1可见, ALFA对刚果红的吸附效果介于颗粒活性炭和粉末状活性炭之间。但活性炭生产成本高、再生困难, 而粉煤灰的价格低廉, 且属于废物利用, 无需再生, 具有很高的性价比。因此, 用粉煤灰对染料废水进行脱色具有广阔的应用前景。

2.4 改性粉煤灰吸附刚果红的动力学研究

将ALFA对不同初始刚果红质量浓度废水脱色过程的数据分别进行一级动力学方程 (式 (1) ) 、二级动力学方程 (式 (2) ) 和三级动力学方程 (式 (3) ) 拟合, 拟合结果见表2。

式中:t为反应时间/min;ρt为t时刻时ALFA质量浓度, mg/L;ρ0为初始ALFA质量浓度, mg/L;K1, K2, K3分别为一级、二级、三级吸附速率常数。

由表2可见:在3种动力学方程中, ALFA吸附不同初始质量浓度刚果红的数据对于二级动力学方程的相关性最好, 说明该吸附过程遵循二级反应动力学规律。二级动力学拟合曲线见图4。

2.5 改性粉煤灰对刚果红的吸附等温线

分别采用Langmiur等温吸附方程 (式 (4) ) 和Freundlich等温吸附方程 (式 (5) ) 对不同温度下ALFA对刚果红的吸附等温线进行拟合, 等温吸附方程的拟合结果见表3。由表3可见, 两种等温式对实验数据的拟合程度都较好。

式中:ρe为吸附平衡时ALFA质量浓度, mg/L;qe为平衡吸附量, mg/g;qsat为饱和吸附量, mg/g;b为Langmiur吸附系数, L/mg;kf和n为Freundlich常数。

根据Langmuir吸附等温式拟合结果得到qsat~θ关系曲线, 见图5。由图5可见, qsat与θ呈线性相关, 随θ的升高, qsat逐渐降低。线性回归方程为qsat=2.257 2-0.012 9θ (r=0.993) 。

根据Freundlich吸附等温式拟合结果得到kf~θ关系曲线, 见图6。

由图6可见, kf与θ呈线性相关, 随θ的升高, kf逐渐降低。线性回归方程为kf=0.088 2-0.001 5θ (r=0.985) 。

由此可见, 温度是影响改性粉煤灰吸附能力的重要因素, 温度升高不利于改性粉煤灰吸附刚果红。

3 结论

a) 分别采用沸水浸泡、酸浸、碱浸和加热的方法对粉煤灰进行改性处理。其中碱改性粉煤灰中含有大量官能团, 以及Na Pl型沸石类物质, 能够提高粉煤灰对刚果红的吸附性能;沸水浸泡和加热后的粉煤灰吸附性能略有提高, 而强酸改性则会抑制粉煤灰的吸附性能。

b) 碱改性粉煤灰与活性炭相比具有更高的性价比, 有着宽广的应用前景。

c) 在初始刚果红质量浓度为20 mg/L、碱改性粉煤灰加入量为50 g/L的条件下, 废水脱色率可达87.52%。

改性粉煤灰的制作篇8

含磷废水的常规处理方法是沉淀法, 生物法、电渗析法等也有报导, 本文利用粉煤灰处理水中的磷成本低, 耗能少, 在含磷废水处理领域具有广阔的应用。但单纯粉煤灰的净化效率较低, 本实验采用硫酸固相反应法对粉煤灰进行改性, 对含磷废水的处理, 考察了p H值, 吸附剂用量, 磷初始浓度, 反应时间, 反应温度对净化过程的影响。通过实验发现使用这种方法制备的改性粉煤灰比普通的粉煤灰去除率高, 去除速度快, 可有效净化废水中的磷。

1 粉煤灰除磷机理

国内外的研究[1,2,3,4,5]结果表明, 粉煤灰去除磷酸盐的机理在于其中金属氧化物的吸附作用, 其中氧化钙成分溶于水中形成的阳离子与磷酸根结合形成沉淀是重要的机制之一。Cheung和Venkitachalam[6]分别用含钙高和含钙低的粉煤灰来进行吸磷的对比研究, 发现磷的去除主要是因为溶液中Ca2+与PO43-形成钙磷沉淀。

此外, 粉煤灰中的一些成分还能与废水中的磷酸盐絮凝沉淀, 与粉煤构成吸附-絮凝沉淀协同作用。其中的铝盐、铁盐遇水后形成Al (H2O) 3+、Fe (H2O) 3+, 并能解离出Al3+、Fe2+, 这些络合物与水化膜的水分子作用。它们带有正电荷, 对水中大多数带负电的胶体微粒能进行强有力的吸附, 产生絮凝作用。Dennis G等[7]用含钙低的粉煤灰进行无定相和晶体相的实验研究认为, 低钙含量的粉煤灰的除磷能力主要是形成了不溶性的铝磷、铁磷沉淀。再加上粉煤灰中含有Ni、Co、As、Na、Li、Ca等絮凝助剂成分, 能促进絮凝体的主要氢氧化物生成, 加大絮凝物的强度, 增加其质量, 促进其沉降。

1.1 硫酸改性的原理

由于粉煤灰的比表面积较大、表面能高, 且存在着许多铝、硅等活性点, 因此, 具有较强的吸附能力。用硫酸改性粉煤灰是为了使其颗粒表面更加粗糙, 增大表面积, 增强吸附能力, 并且溶出铝和铁, 使改性粉煤灰具有吸附和混凝的双重作用。经过硫酸处理后的粉煤灰的表面状况有比较大的变化。未经酸处理的原状粉煤灰颗粒, 其表面比较光滑致密。经硫酸处理后的粉煤灰颗粒表面出现了许多空洞。从废水处理的吸附理论来讲, 吸附剂的比表面积越大, 吸附效果越好。硫酸改性处理使粉煤灰的比表面积有了较大的增加, 因此增加了粉煤灰颗粒的吸附能力[8,9,10,11]。

1.2 硫酸浓度对磷酸盐去除率的影响

用不同浓度的硫酸对粉煤灰进行改性。分别取改性后的粉煤灰1 g加入100 m L模拟含磷废水中, 振荡30 min, 取样分析, 结果如图1所示。

由图1可以看出, 硫酸浓度从0.0 mol/L增加到2 mol/L时, 去除率增加很快, 并达到最高值93.4%。硫酸浓度大于2 mol/L, 磷酸盐的去除率呈缓慢下降趋势, 但变化幅度不大。这是因为硫酸可以激发粉煤灰活性, 使粉煤灰表面变得粗糙, 能打开粉煤灰封闭的孔道, 增加孔隙率, 增大比表面积, 大量的Al、Si等活性点暴露。在粉煤灰的活性未激发完之前, 硫酸加入量越大, 粉煤灰对磷的去除率就越高, 当粉煤灰活性完全激发后, 随着硫酸的增加, 磷的去除率反而下降了, 这是由于硫酸的加入会使污水的p H值下降, 影响沉淀反应的进行, 从而降低磷的去除率。

2 实验部分

2.1 仪器

UV1801紫外可见分光光度计;SHA-C水浴恒温振荡器;PHS-3C酸度计, 电热恒温烘箱。

2.2 试剂及材料

磷酸二氢钾, 天津致远化学试剂有限公司;钼酸铵, 偏钒酸铵, 上海化学试剂有限公司;浓硫酸, 浓盐酸, 氢氧化钠, 宜兴市洋溪双园化学试剂厂;所有试剂均为分析纯。粉煤灰取自燃烧后的煤渣。

溶液p H值用盐酸或硫酸调节。

用KH2PO4配制成含磷1 000 mg/L的储备液, 模拟含磷废水由储备液稀释而得。

2.3 实验方法

2.3.1 改性粉煤灰的制备

粉煤灰的预处理:将取来的粉煤灰置于托盘中, 用自来水清洗, 静置片刻, 至泥水分离时, 除去上层污水[12], 下层的粉煤灰用托盘盛放, 于120℃下在烘箱中烘干、研磨至碎。这样即可除去附着在粉煤灰上的油污。

然后加入2 mol/L硫酸;置于恒温振荡器上在30℃下震荡1 h, 在120℃下烘干, 保温1.5 h, 制得硫酸改性粉煤灰。

2.3.2 粉煤灰对磷酸根的吸附效果实验

称取一定量的改性粉煤灰于锥形瓶中, 加入含磷溶液, 调节p H=9.0, 在振荡机上振荡30 min后过滤, 取清液测定净化后的水中剩余磷的含量。

2.3.3 分析测试方法

移取一定浓度含磷试水100 m L, 置于锥形瓶中, 加入一定量粉煤灰沸石, 在振荡器上振荡一定时间, 稍放置, 过滤。取适量滤液测定剩余磷含量, 并按下式计算磷去除率[5]:

式中:C0———初始含磷试水浓度, mg/L

C———处理后含磷试水浓度, mg/L

测定磷浓度采用磷钒钼酸分光光度法测定。显色反应如下:

最大吸收波长为355 nm, 一般测定选在420 nm波长下测定。

2.4 磷的标准工作曲线绘制

配制一系列的磷标准溶液, 分别用分光光度法测定其吸光度, 按照最小二乘法原理拟合出线性方程, 并进行相关性分析, 以判断测量结果的相关性, 如图2所示。

设磷浓度为x, 吸光度为y, 此曲线的回归方程为y=0.0331x+0.0014, 线性相关系数R2=0.9990。相关性满足测定要求。

3 结果与讨论

3.1 p H值的影响

向数个锥形瓶中各加入3.0 g改性粉煤灰, 然后分别加入100 m L磷酸根浓度为50 mg/L的溶液, 调节p H值分别为2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、11.0、12.0、13.0。溶液p H值用复合玻璃电极测定。在30℃条件下振荡1 h, 结果如图3所示。

从图3中可以看出, 当p H值从2增加到4时, 磷酸根的吸附率迅速上升, 然后随着p H值的增加, 磷酸根的净化率提高幅度逐渐减小, 当p H值大于5以后, 粉煤灰对磷酸根的净化效率基本不发生变化, p H值从8增加到11时, 磷的净化率又有一定程度的增加。p H大于11以后去除率又开始下降。

影响原因是p H值大小直接影响粉煤灰的表面的孔隙的结构和化学特性, 粉煤灰中的活性成分主要是一些碱性氧化物, 由于吸附反应是在碱性条件下进行的, 在强酸性环境中, 溶液中的H+会使这些碱性氧化物失活, 从而使粉煤灰对磷的吸附能力显著降低。酸性条件下溶液中磷酸盐以H2PO4-、HPO42-形式为主, 在p H<6.5时, Fe PO4和Al PO4是最稳定的固相, 都不利于反应, 当p H>6.5时, 铝和铁以氧化物和氢氧化物的形式存在, 而这个条件下粉煤灰中的钙成分更利于与磷酸盐生成磷灰石和羟磷灰石。研究表明, 在p H大于8.5的碱性条件下, 含钙高的粉煤灰可获得最大的磷吸附量。在强碱性条件下, 溶液中过多的OH-会与磷酸根离子竞争粉煤灰上的活性中心;此外, 高p H值使粉煤灰表面带大量负电荷, 静电斥力的影响使磷酸根离子不易于接近粉煤灰颗粒表面, 使磷的去除率下降。所以, 图3实验表明, p H宜控制在8~11。磷的去除率为94%左右。

3.2 吸附剂用量的影响

称取改性粉煤灰0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0 g, 分别加入到100 m L磷浓度为50 mg/L的溶液中, 调节p H=9.0。在30℃条件下振荡1 h, 实验结果如图4所示。

从图4中可以看出, 当粉煤灰投加量从0.5增加到3时, 磷的净化效率显著提高, 从75%增加到95.3%, 当粉煤灰的投加量大于3.0 g后, 随着吸附剂用量的增加, 磷的净化率基本恒定。对于含磷50 mg/L的溶液, 当粉煤灰的投加量为3.0 g时, 磷的吸附效率可达96%左右。在实际应用中, 低浓度的含磷废水可以直接投加一定比例的改性粉煤灰处理后就能达到排放标准。

3.3 磷初始浓度的影响

称取改性粉煤灰3.0 g于数个锥形瓶中, 然后向锥形瓶中分别加入100 m L浓度为30、40、50、60、70、80、90、100、110 mg/L的含磷溶液, 调节p H=9.0。在30℃条件下振荡1 h, 实验结果如图5所示。

从图5中可以看出, 在其他条件都相同时, 随着磷初始浓度的增大, 磷酸根的去除率降低。但是对于30~80 mg/L浓度范围内的含磷溶液, 去除率均达到96%以上。

3.4 吸附时间的影响

向10个锥形瓶中分别加入3.0 g改性粉煤灰, 然后各加入浓度为50 mg/L的含磷溶液100 m L, 调节p H=9.0。在30℃条件下分别振荡10、20、30、40、50、60、70、80、90、100 min, 时间对磷酸根去除率的影响如图6所示。

从图6中可以看出, 改性粉煤灰对废水中磷的净化速度比较快, 反应30~40 min即可使吸附过程达到平衡, 以后磷的去除率几乎不再变化, 据报道, 用没有改性的粉煤灰除磷, 一般需要3~5 h, 本方法大大缩短了反应时间, 在实际废水处理中, 较快的反应速度有利于净化过程的进行。

3.5 温度的影响

国内外研究发现, 适当的提高温度, 有利于提高磷酸盐的去除效率, 但超过一定的温度时会出现解吸的情况。在锥形瓶中分别加入3 g改性粉煤灰, 然后加入浓度为50 mg/L的含磷溶液100 m L, 调节p H=9.0。在20℃、30℃、40℃、50℃、60℃条件下分别振荡40 min, 结果如图7所示。

由图7发现, 在室温条件下粉煤灰的除磷效果低于90%, 当温度提高到40℃时去除率可以达到97.6%, 而当温度再上升到50℃时, 去除率又低于90%, 这是因为超过40℃时发生了解吸现象。

4 结论

采用硫酸固相反应法对粉煤灰进行改性用于含磷废水的净化, 考察了p H值, 吸附剂用量, 磷初始浓度, 反应时间, 反应温度对净化过程的影响。通过实验发现溶液p H值控制在8~11范围内对磷的吸附量稳定, 粉煤灰加入量的增加和初始溶液中磷酸根浓度的降低, 磷的净化率逐渐增加。对于100 m L含磷<80 mg/L的溶液, 当粉煤灰的投加量为3%时, 反应温度在40℃, 反应时间40 min, 磷的吸附效率可达97.6%, 去除率可以达到《污染综合排放标准》68978-1996标准。

改性粉煤灰对水中磷酸根的净化过程速度较快, 30~40 min可达到最大净化率。大大缩短反应时间, 改性粉煤灰可以有效净化水体中的磷。

摘要：以硫酸对粉煤灰进行改性用于含磷废水的净化, 考察了pH值, 吸附剂用量, 磷初始浓度, 反应时间、反应温度对净化过程的影响。通过实验发现溶液pH值在811范围内对磷的吸附过程影响不显著, 改性粉煤灰可以在较宽的pH值范围内进行脱磷处理;随着粉煤灰加入量的增加和初始溶液中磷酸根浓度的降低, 磷的净化率逐渐增加。对于含磷<80 mg/L的溶液, 当粉煤灰的投加量为3%时, 反应温度40℃, 磷的吸附效率可达97.6%。改性粉煤灰对水中磷的净化过程速度较快, 3040 min可达到最大净化率。

改性粉煤灰的制作篇9

关键词：改性粉煤灰,含Cr (Ⅵ) 废水,吸附

含铬废水主要来源于含铬矿石的加工冶炼、制革、纺织品生产、印染以及电镀铬等多种行业。在废水溶液中, 铬主要以Cr (VI) 和Cr (Ⅲ) 两种形式存在, 而六价铬的毒性比三价铬高100倍, 而且能在环境或动植物体内蓄积, 若过量摄入, 易导致疾病, 有致癌危险。电镀废水中Cr (VI) 的浓度一般在50～100mg/L, 皮革工业废水中Cr (VI) 浓度一般为40mg/L[1], 而根据国家标准GB8978-1996规定, 排放污水中Cr (VI) 含量不得超过0.5mg/L[2]。因此, 开展含铬废水处理的研究具有重要的现实意义。目前, 处理含铬废水的方法有离子交换法、化学还原沉淀法、电解法等, 但这些方法普遍存在处理效果不好或者处理费用高等缺点, 而吸附法由于具有设备简单、占地面积小、操作容易、效果稳定、成本低廉等优点已被广泛应用。如马万山等人采用天然沸石颗粒吸附铬[3], 张占营等人采用改性煤矸石吸附Cr (VI) [4], 李伟峰等人采用载铜粉煤灰吸附处理印染废水等[5], 均取得了较好效果。粉煤灰是热电厂燃煤锅炉排放的固体废弃物, 其长期堆放, 不仅占用了大量耕地, 而且污染环境。由于其特殊的成分组成 (与煤矸石相近) , 且粉煤灰具有良好的吸附性和稳定的化学性, 因此利用粉煤灰来处理废水, 不仅原料获取方便, 处理成本低, 而且可以达到以废治废、变废为宝的目的。本文对粉煤灰进行了改性, 并将其应用于模拟含铬废水的处理, 取得了良好的效果。

1 实验部分

1.1 原料

实验所用粉煤灰取自华电国际十里泉发电厂粉煤灰开发公司的Ⅱ级粉煤灰, 其主要成分 (wt%) 为:SiO2, 54.33;Al2O3, 27.00;Fe2O3, 10.33;CaO, 6.37;MgO, 0.94。

1.2 粉煤灰改性

首先将粉煤灰在150℃下烘干至恒重, 磨细, 过120目筛。然后按150g粉煤灰加入100mL硫酸 (浓度为2mol/L) 的比例进行混合, 在室温下搅拌浸泡4h, 静置12h, 过滤, 水洗至pH值为中性, 在105℃下烘干, 即得改性粉煤灰。

其改性原理为[6]:粉煤灰中含有大量的Fe、Al、Ca等成分, 在与硫酸的反应中被溶解出来, 破坏了其有序结构, 使粉煤灰表面及内部形成较多的孔隙, 比表面积增大, 表面活性增强, 从而提高了粉煤灰的吸附能力。

1.3 吸附试验

称取一定量的K2Cr2O7溶于水中, 配成一定浓度的溶液, 作为模拟含铬废水。准确移取50mL一定浓度的模拟废水于100mL磨口锥形瓶中, 加入一定量的改性粉煤灰, 于一定温度下搅拌设定的时间后, 静置, 取上清液离心分离。用二苯碳酰二肼分光光度法测定吸附前后溶液中Cr (VI) 的浓度[7], 并计算其吸附率 (K) 和吸附量 (Q) 。

undefined

式中:C0—吸附前溶液中Cr (VI) 的质量浓度, mg/L;

C—吸附后废溶液中Cr (VI) 的质量浓度, mg/L;

W—吸附剂干重, g;

V—溶液体积, L。

2 结果与讨论

2.1 粉煤灰改性前后吸附效果比较

分别取不同质量的改性粉煤灰和未经改性的原灰处理浓度为20mg/L的含铬模拟废水, 室温下搅拌相同的时间后, 取样分析其Cr (VI) 的浓度并计算吸附率, 结果见图1。

由图1可知, 经酸改性后的粉煤灰对Cr (VI) 的吸附率远比未经改性的原灰要高, 故以下实验均采用改性粉煤灰作吸附剂。

2.2 吸附时间对吸附率的影响

室温下, 取一定量改性粉煤灰加入40mg/L的含铬模拟废水中, pH中性条件下搅拌控制不同的吸附时间, 取样分析其Cr (VI) 的浓度并计算吸附率, 结果见图2。

由图2可知, 随吸附时间的延长, 粉煤灰对Cr (VI) 的吸附率逐渐增大, 当吸附时间达60min以后时, 吸附率趋于稳定, 此时已经达到吸附平衡。综合考虑, 确定粉煤灰吸附时间为60min。

2.3 Cr (VI) 初始质量浓度对吸附率的影响

向Cr (VI) 初始质量浓度分别为20mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L、80mg/L和100/L的溶液中, 分别加入一定量改性粉煤灰, pH中性条件下搅拌60min后, 静置, 取上清液离心, 测定Cr (VI) 的浓度并计算其去除率, 结果见图3。

由图3可知, 当改性粉煤灰加入量一定时, 随着溶液中Cr (VI) 初始质量浓度的增加, 吸附率呈下降趋势, 当Cr (VI) 质量浓度低于40mg/L时, 吸附效率接近100%。这主要是由于粉煤灰吸附容量有限, 随着Cr (VI) 初始质量浓度的增加, 在固定的饱和吸附容量下, 吸附逐渐达到饱和。以下实验选择40mg/L作为Cr (VI) 的初始质量浓度。

2.4 改性粉煤灰投加量对吸附率的影响

取含铬浓度为40mg/L的模拟废水50mL, 分别加入0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、3.0g、3.5g的改性粉煤灰, 室温、pH中性条件下搅拌60min后, 静置, 取上清液离心分离, 取样测定含铬浓度并计算吸附率, 结果见图4。

由图4可知, 随着改性粉煤灰投加量的增加, Cr (VI) 去除率明显增大, 当投加量为3.00g时Cr (VI) 去除率已经达到100%, 故改性粉煤灰的最佳用量为3.00g (处理50mL含铬浓度为40mg/L的模拟废水时) 。

2.5 溶液pH对吸附率的影响

一般而言, 含Cr (VI) 废水均为酸性废水, 本文研究了酸性条件下pH对吸附效果的影响。取6份50mL含Cr (VI) 质量浓度为40mg/L模拟废水, 分别加入3.0g改性粉煤灰, 调节模拟废水的pH值分别为1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 搅拌60min, 静置, 取样测定Cr (VI) 的浓度并计算其去除率, 结果见图5。

由图5可知, pH值小于7.00时Cr (VI) 的去除效果随pH值的增加变化不太明显, 其去除率均在98%以上, 说明该改性粉煤灰适宜于酸性条件下Cr (VI) 的吸附。

2.6 温度对吸附率的影响

取8份50mL含Cr (VI) 质量浓度为40mg/L的模拟废水, 调节pH为7, 分别加入3.0g改性粉煤灰, 水浴恒温, 温度分别设定为25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃, 搅拌10min, 静置, 取上清液离心分离, 分析Cr (VI) 的浓度并计算其吸附率, 结果见图6。

由图6可知, 在所研究的范围内, 当温度低于40℃时, 改性粉煤灰对Cr (VI) 的吸附率可达100%;当温度高于40℃时, 吸附率略有下降。其原因可能是, 该吸附过程是一个物理吸附与化学吸附并存的过程, 吸附与解吸同时存在, 温度升高 (高于40℃) 会促进物理解吸过程的进行。故该吸附过程以室温为宜。

2.7 吸附等温线

在室温下, 将3.0g改性粉煤灰加入50mL不同浓度的含Cr (VI) 模拟废水中, 中性条件下达吸附平衡后, 静置, 取上清液离心分离, 取样测定Cr (VI) 的平衡质量浓度和粉煤灰的平衡吸附量, 然后对实验结果分别进行Freundlich吸附等温模型拟合和Langmuir吸附等温模型拟合[8]。

Freundlich吸附等温式:

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Langmuir吸附等温式:

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式中:Qe为平衡吸附量, mg/g;

Ce为平衡质量浓度, mg/L;

k、n、a、b为与吸附有关的常数。

将得到的实验数据按以上两式进行线性拟合, 结果显示:Langmuir吸附等温式拟合的线性相关系数为0.9983, Freundlich吸附等温式拟合的线性相关系数为0.9842, 前者较高, 说明改性粉煤灰对Cr (VI) 的吸附符合Langmuir模型。Langmuir模型的拟合结果如图7所示。

拟合回归方程为:Qe/Ce=0.1493+1.7939Ce, 线性相关系数为0.9983。因此, 改性粉煤灰对Cr (VI) 的吸附应是以化学吸附为主。

3 结论

1.粉煤灰经酸性改性后较未改性前对Cr (VI) 的吸附效果较好。

2.研究结果表明:室温、pH中性条件下, 对50mL含Cr (VI) 质量浓度为40mg/L的模拟废水, 当改性粉煤灰投加量为3.0g、吸附时间为60min时, Cr (VI) 的去除率可达100%。