论文部分内容阅读
黄磷炉渣是电炉法生产黄磷过程中形成的高硅钙固体废弃物。大量的黄磷渣堆积,不仅污染环境而且影响动植物生长和人体健康。六价铬也因其特有的毒性,对环境和人体有极大的危害而倍受关注。通过对黄磷炉渣进行回收处理不仅可以实现二次资源的综合利用,还能减轻重金属离子对环境的污染,具有重要的社会、经济、环境意义。本实验以黄磷炉渣为原料,经酸浸得到高比表面积二氧化硅载体,经过3-氨基丙基三乙氧基硅烷改性制得SiO2基复合吸附剂（SiO2+NH2）。以Cr（Ⅵ）的去除率为主要性能评价指标,研究了其吸附性能。优化了黄磷炉渣制备SiO2过程的工艺条件和氨基硅烷复合过程的工艺条件。SiO2制备过程的最佳工艺条件为:硝酸浓度为14%,液固质量比为9:1,反应时间为30min,搅拌转速为300r/min,反应温度为60℃。此时,吸附剂在100mL、50mg/L模拟铬废水中对Cr（Ⅵ）的去除率为87.1%,吸附量为29.03mg·g-1;氨基硅烷复合过程的最佳工艺条件为:溶剂为纯水、氨基硅烷投入量为3mL、复合时间为1h、复合温度为70℃,溶剂体积为30mL,吸附剂对Cr（Ⅵ）的去除率升高至97.61%,吸附量升至32.54mg·g-1。采用扫描电子显微镜、激光衍射、比表面积测定、红外测定和元素分析对吸附剂的形貌结构、孔径分布及氨基硅烷在二氧化硅载体上的固定化程度进行表征:改性后的二氧化硅复合吸附剂相比改性前而言,颗粒大小更加均匀,分散程度也有所改善,能谱分析结果显示O元素和Si元素的存在,说明钙离子已脱除干净。氮气吸附脱附曲线为第IV类吸附等温曲线,表明为介孔材料,孔径分布曲线也证明了这一点。比表面积和粒径都有所减少,比表面积为304.98m2·g-1,平均粒径为40.56μm,粒度更接近正态分布。红外测定和元素分析结果均证明氨基已成功接枝于二氧化硅上。探究吸附过程各因素对Cr（Ⅵ）的去除率的影响:当pH为4,吸附剂投入量为200mg,吸附时间为30min,吸附温度为25℃,六价铬初始浓度为50mg/L时,吸附剂在100mL、50mg/L模拟铬废水中对Cr（Ⅵ）的去除率为99.21%。采用拟一级动力学模型和拟二级动力学模型对不同Cr（Ⅵ）浓度下吸附得到的动力学数据进行拟合,发现二者拟合的相关系数均较高,但是对比可以发现,六价铬在氨基修饰的二氧化硅材料上的吸附实验数据更加符合拟二级动力学方程。采用Langmuir等温方程和Freundlich等温线方程对不同温度下吸附得到的吸附平衡数据进行拟合,六价铬在氨基修饰的二氧化硅材料上的吸附平衡数据更加符合Freundlich等温方程,说明为多层吸附。在实验研究范围内发现,吸附剂的最大吸附量可达100.125mg·g-1。将吸附饱和的功能化材料经5次酸洗（HCl）再生后,重新用于吸附实验中,Cr（Ⅵ）的去除率和吸附剂的再生率依然保持在94%和97%以上。研究结果表明,以黄磷炉渣为原料制备的氨基改性二氧化硅吸附剂是一种环保、低成本、具有高吸附性和稳定可再生的优质吸附剂。