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随着社会发展,金属冶炼和电镀等行业的需求增大,致使排放的废水中铜含量激增。Cu2+具有较高的溶解性和毒性,且易与土壤中有机物络合,危及人体健康和生态环境。目前,处理工业废水中Cu2+的主要方法有吸附法、离子交换法和化学沉淀法等。其中,施氏矿物吸附是常用方法之一。施氏矿物来源于酸性矿山废水,属于次生羟基硫酸铁矿物,但需调节废水pH值,并需24h预先化学合成。存在处理周期长、吸附效果不理想等问题。为此,本研究拟在FeSO4·7H2O与H2O2合成施氏矿物过程中嵌入CaCl2和Na2SiO3,生成一种类施氏矿物去除Cu2+,从而缩短处理周期、提高处理水平。研究内容和结果如下:一、类施氏矿物处理工业废水中铜的影响因素研究向400m L浓度为150mg/L的含铜模拟废水中投加FeSO4·7H2O、H2O2、CaCl2、Na2SiO3合成类施氏矿物,在温度20℃、转速650r/min、络合剂浓度为0.50mmol/L、共存离子浓度为1.50mmol/L的条件下,进行10min磁力搅拌试验。探究反应物组分浓度最佳配比,以及初始pH值、温度、初始铜含量、络合剂浓度、共存离子浓度对类施氏矿物除铜的影响。得到:以反应物种类为因素、反应物组分总含量（反应物浓度）为水平进行L16（44）正交试验,获得最佳反应物组分浓度配比为:FeSO4·7H2O浓度为0.5g/L、H2O2浓度为1.01m L/L、CaCl2浓度为0.58g/L、Na2SiO3浓度为3.25g/L,此时铜的去除率为86.68%,废水中铜含量为19.89mg/L。当初始pH值由2.0增至5.0时,铜含量由64.77mg/L降至19.50mg/L,铜的去除率提高了30.18%,初始pH值的升高可有效提升铜的去除水平。当温度由20℃增至40℃时,铜含量由22.70mg/L降至17.90mg/L,铜的去除率仅提高了3.71%,升温对铜的去除影响较弱。当初始铜含量由50mg/L增至300mg/L时,铜含量由17.74mg/L增至31.27mg/L,铜去除率降低了9.40%,初始铜含量的增加会抑制铜的去除。当络合剂浓度由0.7mmol/L增至1.5mmol/L时,铜含量由38.83mg/L增至79.82mg/L,铜去除率降低了27.51%,络合剂浓度的增加会明显降低铜的去除。当共存离子浓度由5mmol/L增至45mmol/L时,铜含量由28.36mg/L增至33.09mg/L,铜去除率降低了3.31%,共存离子浓度的增加会抑制铜的去除。二、类施氏矿物去除工业废水中的铜的效能研究1.类施氏矿物对工业废水中铜的处理效果据试验一获得最佳试验条件为pH5.0、温度40℃、铜含量为50mg/L、络合剂浓度为0.50mmol/L、共存离子浓度为1.50mmol/L。在该条件下,向400m L浓度为50mg/L的含铜模拟废水中投加0.5g/LFeSO4·7H2O、1.01m L/LH2O2、0.58g/LCaCl2、3.25g/LNa2SiO3合成类施氏矿物,保持650r/min的转速进行10min磁力搅拌试验。得到废水中剩余铜含量为1.97mg/L,去除率为96.27%;同等条件下采用类施氏矿物处理铜含量为74.98mg/L的实际废水,得到废水中剩余铜含量为1.67mg/L,去除率为97.99%。类施氏矿物处理模拟废水后,铜在0～1d溶出率为1.98%,在之后的19d里基本保持不变;实际废水经类施氏矿物处理后铜0～1d溶出率为0.29%,之后在19d内基本没有变化。2.施氏矿物对工业废水中铜的处理效果投加22.24g/LFeSO4·7H2O、12.00m L/LH2O2,经24h预先化学合成施氏矿物。同等条件下,向含铜模拟废水中投加5.45g/L已合成的施氏矿物,保持650r/min的转速进行3h磁力搅拌试验,得到废水中剩余铜含量为44.37mg/L,去除率为11.26%。同样条件下处理浓度为74.98mg/L的含铜实际废水,得到废水中剩余铜含量为71.25mg/L,去除率为4.97%。较类施氏矿物分别降低了85.01%、93.02%,施氏矿物处理模拟废水后,铜在0～1d溶出率为21.04%,在之后的19d里基本保持不变;实际废水经施氏矿物处理后,铜0～1d溶出率为16.62%,在之后的19d内基本没有变化。铜溶出率较类施氏矿物分别增加了19.06%、16.33%,表明类施氏矿物除铜效能和稳定性均显著优于施氏矿物。三、类施氏矿物去除工业废水中铜的机理研究通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、傅里叶红外光谱（FTIR）探索类施氏矿物去除工业废水中铜的机理。得到:类施氏矿物具有较大的比表面积,较施氏矿物提供了更多的吸附点位参与Cu2+的吸附,Cu2+通过共沉淀被吸附在矿物上;同时可通过同晶替代作用被固定于矿物表面,且可与矿物丰富的官能团配位络合达到去除目的。SEM结果显示,Cu2+在处理1min后矿相逐步趋于稳定,说明Cu2+是在1min内被类施氏矿物去除,较施氏矿物处理时间大为缩短。结果表明,类施氏矿物除铜的主要机理为共沉淀,其中初始pH值对除铜的影响最为显著。在最佳试验条件下,类施氏矿物处理模拟和实际废水后,剩余铜含量（1.97mg/L、1.67mg/L）均达到《污水排入城镇下水道水质标准》（GB/T31962-2015）的2mg/L要求,且稳定性较好。实际废水和模拟废水的结果较为接近,说明合成的类施氏矿物及其处理含铜模拟废水的模式可供实际工程应用复制。