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改性粉煤灰吸附處理含鉛廢水試驗(yàn)研究

文檔作者：高玉紅，辛景，梁亞男，中麗英文檔來(lái)源：邯鄲學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年06月14日
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第34卷第2期(總第140期)
2015年4月
濕法冶金
Hydrometallurgy of China
V01．34 No．2(Sum．140)
Apr．2015
改性粉煤灰吸附處理含鉛廢水試驗(yàn)研究
高玉紅，辛景，梁亞男，中麗英
(邯鄲學(xué)院化學(xué)化工與材料學(xué)院，河北邯鄲056005)
摘要：分別用堿、酸、高溫、超聲波和助溶劑對(duì)粉煤灰進(jìn)行改性，探討其改性機(jī)制，對(duì)每種改性粉煤灰吸附處理
含鉛廢水進(jìn)行研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：5種方法都可改性粉煤灰，但堿改性效果最好；用堿改性粉煤灰吸附處理
含鉛廢水，最佳吸附時(shí)間為40 min，適宜吸附溫度為20℃，適宜廢水pH一7．0，吸附過(guò)程符合Freundich等溫
式和Langmuir等溫式。
關(guān)鍵詞：粉煤灰；改性；廢水；鉛；吸附
中圖分類(lèi)號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009—2617(2015)02—0157—04
DOI：10．13355／j．cnki．sfyi．2015．02．20
粉煤灰是燃煤電廠(chǎng)煤燃燒后的灰燼，簡(jiǎn)稱(chēng)飛
灰(fly ash)。我國(guó)粉煤灰每年產(chǎn)生1．2億t[1’2]，
對(duì)空氣、土壤和淡水都有一定影響口]。粉煤灰的
比表面積較大，有很多Al、Si活性點(diǎn)，像活性炭一
樣具有很好的吸附性能。吸附1次后的粉煤灰不
需要再生，可直接用于生產(chǎn)水泥等，所以，粉煤灰
在廢水處理方面已得到廣泛研究。E4-5]
試驗(yàn)采用5種方法對(duì)粉煤灰進(jìn)行改性，然后
用改性粉煤灰對(duì)模擬含鉛廢水進(jìn)行吸附處理，以
期篩選出最有效的改性方法，為粉煤灰在水處理
領(lǐng)域中的應(yīng)用提供參考依據(jù)。
1試驗(yàn)部分
1．1材料和儀器
模擬含鉛廢水：用硝酸鉛配制，鉛質(zhì)量濃度為
100 mg／L。
粉煤灰：取自邯鄲某發(fā)電廠(chǎng)，其成分主要有
SiOz、A1z Os、Fez 03、CaO、未燃盡的碳，少量
MgO、Na20、K20等。
主要儀器：火焰原子吸收光譜儀，數(shù)字超聲波
清洗儀，電熱恒溫干燥箱，PHS-P1型酸度計(jì)，馬
弗爐，磁力攪拌器等。
1．2粉煤灰的改性
1)堿改性：取研磨粉煤灰10 g，與一定濃度的
氫氧化鈉溶液按1：10的質(zhì)量體積比混合，在磁
力攪拌器上攪拌40 min，過(guò)濾后得到改性粉煤
灰，在80℃烘箱中烘干后再研磨，制得堿改性粉
煤灰。
2)酸改性：取研磨粉煤灰10 g，與一定濃度的
硫酸溶液按1：10的質(zhì)量體積比混合，在磁力攪
拌器上攪拌40 min，過(guò)濾后得改性粉煤灰，在80
℃烘箱中烘干后再研磨，制得硫酸改性粉煤灰。
3)超聲改性：取研磨粉煤灰10 g，加入100
mL二次蒸餾水，得到粉煤灰懸浮液，放入超聲波
振蕩器中，在30℃、振蕩頻率100％條件下振蕩
一定時(shí)間后過(guò)濾，在80℃烘箱中烘干后再研磨，
制得超聲波改性粉煤灰。
4)高溫改性：取研磨粉煤灰6 g，放人馬弗爐
中，在400℃下焙燒一定時(shí)間后冷卻至室溫，制得
高溫焙燒改性粉煤灰。
5)助溶劑改性：用無(wú)水碳酸鈉作助溶劑，按一
定比例與粉煤灰混合后放人馬弗爐中焙燒1 h，
取出后冷卻至室溫，制得碳酸鈉改性粉煤灰。
1．3吸附試驗(yàn)
取5種改性粉煤灰各0．3 g加入到燒杯中，
分別加入50 mL模擬廢水，在磁力攪拌器上攪拌
40 min后過(guò)濾，測(cè)定濾液中鉛離子質(zhì)量濃度，計(jì)
算鉛吸附率。
1．4分析方法
采用火焰原子吸收光譜法(北京普析通用儀
收藕日期：2014—06—29
作者簡(jiǎn)介：高玉紅(1976一)，女，河北景縣人，碩士，副教授，主要從事污水處理與控制的研究與教學(xué)工作。
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
· 158 · 濕法冶金2015年4月
器有限責(zé)任公司TAS-986)測(cè)定溶液中鉛離子質(zhì)
量濃度。
2試驗(yàn)結(jié)果與討論
2．1 堿濃度對(duì)改性粉煤灰吸附鉛離子的影響
由圖l看出，NaOH濃度對(duì)粉煤灰的性能影
響較大：NaOH濃度為3 mol／L時(shí)，改性粉煤灰
的吸附性能最好，吸附率為99．60％。用Na0H
改性過(guò)程中，溶液中的OH一使粉煤灰的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)
發(fā)生改變，提供了更多的活性位點(diǎn)，并且增大了粉
煤灰的比表面積，使粉煤灰的吸附性能大大提高；
NaOH濃度大于3 mol／L后，OH一濃度過(guò)高，開(kāi)
始與粉煤灰表面的Si和Al結(jié)合，導(dǎo)致粉煤灰吸
附能力下降。
NaOH濃度／(tool·L1)
圖1 NaOH濃度對(duì)改性粉煤灰吸附鉛離子的影響
2．2硫酸濃度對(duì)改性粉煤灰吸附鉛離子的影響
由圖2看出：改性粉煤灰的吸附能力隨硫酸
濃度增大而增大，當(dāng)硫酸濃度為4 mol／L時(shí)，吸附
率達(dá)93．82％；雖然再增大硫酸濃度，改性粉煤灰
的吸附能力還可提高，但提高幅度較小，而且硫酸
濃度過(guò)大會(huì)增加成本。所以，最佳硫酸濃度確定
為4 mol／L。
圖2硫酸濃度對(duì)改性粉煤灰吸附鉛離子的影響
2．3超聲波對(duì)改性粉煤灰吸附鉛離子的影響
從圖3看出，超聲波對(duì)改性粉煤灰的吸附能
力影響不大，超聲改性30～110 min，粉煤灰對(duì)鉛
離子的吸附率在53％～55％之間，變化不大。該
粉煤灰屬于一級(jí)灰，顆粒粒徑很小，超聲波無(wú)法再
將其擊碎，所以吸附能力提高幅度不大。
圖3超聲波對(duì)改性粉煤灰吸附鉛離子的影響
2．4高溫焙燒對(duì)改性粉煤灰吸附鉛離子的影響
由圖4看出，高溫焙燒對(duì)粉煤灰的吸附能力
有一定提升作用：焙燒1 h的粉煤灰對(duì)鉛離子的
吸附率最大；隨焙燒時(shí)間延長(zhǎng)，吸附率反而降低。
高溫焙燒使粉煤灰表面的水分蒸發(fā)，更多活性位
點(diǎn)裸露出來(lái)，可以吸附更多的鉛離子；而長(zhǎng)時(shí)間的
高溫焙燒會(huì)導(dǎo)致粉煤灰的孔洞結(jié)構(gòu)被破壞[4]，活
性位點(diǎn)減少，從而導(dǎo)致吸附能力下降。
圖4高溫焙燒對(duì)改性粉煤灰吸附鉛離子的影響
2．5助溶劑對(duì)改性粉煤灰吸附錯(cuò)離子的影響
由圖5看出：加助溶劑改性粉煤灰，在助溶劑
和粉煤灰的質(zhì)量比為3：5時(shí)，改性粉煤灰對(duì)鉛離
子的吸附能力最強(qiáng)，鉛離子吸附率達(dá)97．26％；繼
續(xù)增加二者質(zhì)量比，鉛離子吸附率降低。這是由
于助溶劑在高溫焙燒條件下與粉煤灰發(fā)生熔
融[6]，構(gòu)成一個(gè)整體，隨二者質(zhì)量比增大，粉煤灰
比表面積變小，吸附能力降低。
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
第34卷第2期高玉紅等：改性粉煤灰吸附處理含鉛廢水試驗(yàn)研究·159·
圖5助溶劑對(duì)改性粉煤灰吸附鉛離子的影響
2．6堿改性粉煤灰對(duì)廢水中鉛離子的吸附
2．6．1溫度對(duì)堿改性粉煤灰吸附鉛離子的影響
取堿改性粉煤灰0．3 g，加入50 mL模擬廢
水，放到磁力攪拌器上，在不同溫度下攪拌40
min后過(guò)濾得清液，測(cè)定清液中鉛離子質(zhì)量濃度，
計(jì)算鉛離子吸附率。試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。
圖6吸附溫度對(duì)堿改性粉煤灰吸附鉛離子的影響
由圖6看出，隨溫度升高，改性粉煤灰的吸附
能力降低。因?yàn)槲竭^(guò)程中放熱，隨溫度升高，平
衡逆向移動(dòng)，使改性粉煤灰吸附能力下降，所以確
定在常溫下吸附即可。
2．6．2 廢水p}I對(duì)堿改性粉煤灰吸附鉛離子的
影響
取5份0．3 g氫氧化鈉改性粉煤灰，分別加
入50 mL模擬廢水，用硫酸和氫氧化鈉調(diào)溶液
pH，磁力攪拌，20℃下攪拌吸附40 rain后過(guò)濾得
清液，測(cè)定清液中鉛離子質(zhì)量濃度，計(jì)算吸附率。
試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示?？梢钥闯?，溶液pH對(duì)堿改
性粉煤灰吸附鉛離子有較大影響：隨pH增大，鉛
離子吸附率提高；溶液呈酸性時(shí)，鉛離子吸附率較
低，這可能是氫離子與鉛離子競(jìng)爭(zhēng)吸附所致；溶液
pH達(dá)5．0后，吸附率雖有提高，但提高幅度不大。
堿性條件可以提高粉煤灰的吸附能力陰，原因可能
是OH一能夠進(jìn)一步激活粉煤灰的活性點(diǎn)，并使鉛
離子產(chǎn)生沉淀，從而使粉煤灰吸附能力更強(qiáng)‘61。
圖7 廢水pl{對(duì)堿改性粉煤灰吸附鉛離子的影響
2．6．3吸附時(shí)間對(duì)堿改性粉煤灰吸附鉛離子的
影響
取5份0．3 g堿改性粉煤灰，分別加入50
mL模擬廢水，常溫下，調(diào)節(jié)pH一7．0，磁力攪拌
不同時(shí)間后過(guò)濾得清液，測(cè)定清液中鉛離子質(zhì)量
濃度，計(jì)算鉛離子吸附率。試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。
圖8 吸附時(shí)間堿改性粉煤灰吸附鉛離子的影響
由圖8看出：堿改性粉煤灰對(duì)鉛離子的吸附
在短時(shí)間內(nèi)就已基本完成，吸附10 rain時(shí)，吸附
率為85．66％；吸附40 min時(shí)，吸附率接近99％，
吸附基本達(dá)到平衡。所以選定40 rain為最佳吸
附時(shí)間。
2．7堿改性粉煤灰對(duì)含鉛廢水的吸附等溫線(xiàn)
將堿改性粉煤灰對(duì)含鉛廢水的等溫吸附試驗(yàn)
結(jié)果用Langmuir等溫式和Freundlich等溫
式[8{1進(jìn)行擬合，所得曲線(xiàn)如圖9、10所示，擬合結(jié)
果見(jiàn)表1。
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
·160· 濕法冶金2015年4月
20 40 60 80 100 120 140
c／(tool·L。1)
圖9 Langmuir等溫吸附曲線(xiàn)
1．3 1．5
吸附劑具有較強(qiáng)的吸附能力，對(duì)鉛離子的吸附屬
于良性吸附。粉煤灰對(duì)鉛離子的吸附不只是單一
分子層的吸附，也存在多分子層的吸附現(xiàn)象。
3 結(jié)論
5種改性方法都可對(duì)粉煤灰進(jìn)行改性，但氫
氧化鈉的改性效果最好。適宜條件下，用氫氧化
鈉改性的粉煤灰從廢水中吸附鉛離子，鉛離子去
除率可達(dá)99％；氫氧化鈉改性粉煤灰對(duì)鉛離子的
吸附屬于良性吸附，吸附不只是單一分子層的吸
附，也存在多分子層的吸附現(xiàn)象。吸附過(guò)程符合
Freundlich等溫式和Langmuir等溫式。
參考文獻(xiàn)：
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1．7 1．9 2．1
lgc．
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圖lO Freundlich等溫吸附曲線(xiàn)
[3J
———表1—等溫二吸附方二程擬二合結(jié)三果 EE二 Ⅲ
————————————————————．￡D．————』il————j!J?！灰灰?
Langmuir
k1 b R2
2．642 0．011 0．976 73 [5]
y一0．378 5+O．004 25x
Freundlich
lgc0一lgk3+nlgc。
，一0．978 3+O．542 3x
從表1看出：兩種等溫吸附式擬合結(jié)果均比
較理想，其相關(guān)系數(shù)R2都大于0．97；Freundlich
吸附等溫式中，n=0．452，表明堿改性粉煤灰作為
[6]
[7]
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Adsorption of Lead Ion From Wastewater by Modified Fly Ash
GAO Yuhong，XIN Jing，LIANG Yanan，SHEN Liying
(School of Chemical and Materials，Handan College，Handan 056005，China)
Abstract：Fly ash was modified by sodium hydroxide，sulfuric acid，high temperature，ultrasonic and
sodium carbonate CO—solvent．Adsorption characteristics and optimal adsorption conditions of modified
fly ash for lead-containing wastewater were investigated．The experimental results show that the fly
ash can be modified by the 5 methods．Sodium hydroxide has best modification effect．Using modified
fly ash by sodium hydroxide to treat lead-containing wastewater，the optimum conditions are reaction
time of 40 minutes．reaction temperature of 20℃and wastewater pH of 7．The adsorption process of
alkali—modified fly ash accords with langmuir and Freundlich isotherm equations．
Key words：fly ash；modification；wastewater；lcad；adsorption
O
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