滑石處理含鎳廢水的試驗研究

許云峰，佟天宇，張建中，李 萍

（1. 撫順職業技術學院 化學工程系，遼寧 撫順 113122； 2. 遼寧石油化工大學 環境與生物工程學院，遼寧 撫順 113001）

滑石處理含鎳廢水的試驗研究

許云峰1，佟天宇1，張建中1，李 萍2

（1. 撫順職業技術學院 化學工程系，遼寧 撫順 113122； 2. 遼寧石油化工大學 環境與生物工程學院，遼寧 撫順 113001）

采用吸附實驗方法，利用滑石處理含鎳廢水，探討了滑石用量、反應時間和溶液pH值單因素對處理效果的影響，利用正交試驗研究了綜合因素對處理效果的影響，并確定最優工藝條件。結果表明：滑石對含鎳廢水處理效果良好，滑石處理含鎳廢水的各因素的影響關系大小為：溶液pH值＞滑石用量＞反應時間，最優工藝條件為A3B3C3，即滑石用量為7.0 g/L，反應時間為5 h，pH值為8.0。

滑石；含鎳廢水；吸附；正交試驗

電鍍工業是我國重要的加工業，其產品廣泛地應用于各個領域，但其生產過程中產生的大量含鎳廢水給環境帶來嚴重的污染，也造成了大量金屬資源的流失。含鎳廢水處理方法[1-3]較多，但吸附法[4,5]因其技術成熟，操作簡單而被廣泛應用。滑石是一種含鎂硅酸鹽礦物，化學式為 Mg3[Si4O10](OH)2，化學組成為MgO 31.72 %，Si0263.52 %，H20 4.76 %。滑石特殊的層狀結構[6]和較大的比表面積決定了其具有較強的吸附性能和離子交換性能，因此可以嘗試利用滑石處理含鎳廢水。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

滑石粉（325目），（純度≥95.00 %，桂林市海達滑石制品有限公司）；硝酸鎳Ni(NO3)2·6H20，（純度≥99.00 %，天津化學試劑有限公司）；其他常規藥品。本實驗選用的滑石粉，魏林[7]用XRD和FTIR對其結構進行表征，結果如下：（1）滑石粉的比表面積大，粒度細微，主要集中在1.0～15.0 μ m之間，且累積分布在78 %以上；（2）滑石粉的特征峰型尖銳明顯，清晰可見，滑石粉的質量分數大于95.00%。雜質含量較小。

1.2 實驗設備

TAS—990型原子吸收分光光度計（北京普析通用儀器公司）；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（金壇市科教儀器有限公司）；PHS-3C精密pH計 (精度為 O.01)(上海同濟科教儀器有限公司)；AL204型的電子天平(梅特勒?托利多儀器(上海)有限公司)；外加一些常規玻璃儀器。

1.3 實驗方法

1.3.1 吸附劑制備和模擬廢水配制

將滑石粉細磨粉碎，過325目篩，烘干去除水分后密封存放，以作實驗用的吸附劑。用Ni(NO3)2·6H20的分析純試劑加入蒸餾水配成含Ni2+單組分模擬廢水，其質量濃度為100 mg/L。

1.3.2 靜態吸附[8-10]

稱取一定質量的滑石粉，放于250 mL燒杯中，再向燒杯中加入100 mL配制好的模擬廢水，用磁力攪拌器攪拌一定時間后，平衡一定時間后過濾，用原子吸收分光光度法分析方法測定濾液中 Ni2+的

濃度，求出Ni2+的去除率。設計標準實驗條件為溫度20 ℃（一直不變）、質量濃度100 mg/L、滑石用量5.0 g、反應時間1 h、溶液pH值6.0。

1.3.3 相關計算公式

（1）去除率

廢水中重金屬離子的去除率計算方法：

T= （C0-Ce）／C0×100%

式中:T—廢水中重金屬離子的去除率，%；

C0—處理前廢水中重金屬離子的質量濃度,mg/L；

Ce—處理后廢水中重金屬離子的質量濃度,mg/L。

（2）吸附量

吸附量[11]可用下式計算：

q =（C0-Ce）V／W，

式中:q—吸附量,mg/g；

V—廢水體積,L；

W—滑石粉用量,g；

C0—處理前廢水中重金屬離子的質量濃度,mg/L；

Ce—處理后廢水中重金屬離子的質量濃度,mg/L。

2 滑石處理含鎳廢水的效果分析

2.1 單因素對處理效果的影響

2.1.1 滑石用量對處理效果的影響

只改變滑石粉加入量，T值隨滑石粉加入量變化曲線如圖1。

圖1 滑石加入量對Ni2+去除率的影響Fig 1 Talc content on the removal rate of Ni2+effect

圖1是滑石粉加入量對Ni2+去除率的變化曲線。滑石粉加入量從1 g逐漸增至6 g Ni2+去除率由25.6 %增至92.4%，當滑石粉加入量從6 g增至10 g Ni2+去除率增加了5.1%，說明滑石粉加入量大于6 g以后Ni2+去除率的變化較小；滑石粉加入量超過10 g曲線趨于平緩，此時接近吸附平衡。

2.1.2 反應時間對處理效果的影響

只改變吸附反應時間，T值隨吸附反應時間的變化曲線如圖2。

圖2 反應時間對Ni2+去除率的影響Fig 2 The reaction time on the removal rate of Ni2+effect

圖2是反應時間對Ni2+去除率的變化曲線，圖形表明當反應時間由從1 h延長到4 h時Ni2+去除率由85.5%增加到95.7%，當反應時間從5 h增加至10 h時Ni2+去除率只增加了0.9%，說明此時反應時間對Ni2+去除率的影響程度變小；反應時間超過10 h后去除率曲線趨于平緩，增加量變化很小，此時接近吸附平衡。

2.1.3 溶液pH值對處理效果的影響

在該過程中，不斷調整溶液的pH，用PHS-3C精密pH計測量溶液pH值，每次實驗前均對PHS-3C精密pH計重新標定。T值隨pH值變化曲線如圖3。

圖3 pH值對Ni2+去除率的影響Fig 3 pH on the removal rate of Ni2+effect

圖3是pH值對Ni2+去除率的變化曲線。圖形表明pH值為3時去除率為36.8%，pH值從3增加8時滑石對Ni2+的去除率增至92.3%。當溶液pH值大于8時，含Ni2+廢水處理效果仍在變好。本文認為，當溶液pH值大于8時溶液中的OH─的濃度增大會導致Ni（OH）2沉淀的出現，致使含Ni2+廢水處理效果隨之增強。因此，研究溶液的 pH值對含Ni2+廢水處理效果的影響時，只討論pH值小于8時的情況。

2.2 綜合因素對處理效果的影響

在單因素對處理效果影響研究的基礎上，以對

Ni2+的去除率為考察指標，進行正交試驗，研究綜合因素對處理效果的影響，并確定最優工藝條件。

2.2.1 正交試驗設計

每個影響因子取三個水平，各因素在不同水平下的具體條件見表1，試驗方案[12]見表2。

表1 各因素在不同水平下的具體條件Table1 The factors at different levels under specific conditions

表2 正交試驗方案Table 2 Orthogonal test scheme

2.2.2 試驗結果與分析

通過實驗測得Ni2+去除率由42.6%至95.7%，極差分析結果如表3。

表3 極差分析Table 3 Analysis of variance

極差R的大小能夠反應考察因素的影響程度，由表3可以看出，極差最大的是pH值，滑石用量次之，反應時間最小。這說明利用滑石處理含鎳廢水各因素的影響關系大小為：溶液pH值＞滑石用量＞反應時間。同時可看出，滑石處理含鎳廢水的最優工藝條件為A3B3C3，即滑石用量為7.0 g/L，反應時間為5 h，pH值為8.0。這里分析出來的方案在已經做過的試驗中雖然沒有出現，但第7號試驗最接近。在第7號試驗中只有反應時間不是處于最好水平，但是反應時間對 Ni2+的去除率影響最小，從實際做出的結果看出第7號試驗Ni2+的去除率95.7 %為最高，并由單因素對處理效果影響的研究可知，在一定范圍內，Ni2+的去除率與溶液pH值、滑石用量和反應時間均表現出正相關，這說明找出的最優方案是符合實際的。

3 結 論

滑石對含鎳廢水的處理效果良好，滑石用量、反應時間和溶液pH均是主要影響因素；在利用正交試驗法研究綜合因素下滑石處理含鎳廢水效果時發現，滑石處理含鎳廢水的各因素的影響關系大小為：溶液pH值＞滑石用量＞反應時間，最優工藝條件為A3B3C3，即滑石用量為7.0 g/L，反應時間為5 h，pH值為8.0。

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Experimental Study on Treatment of Ni-containing Wastewater With Talc

XU Yun-feng1， TONG Tian-yu1， ZHANG Jian-zhong1， LI Ping2
（1.Department of Chemical Engineering，Fushun Employee Technique College，Liaoning Fushun 113122, China；2. Department of Environmental and Biological Engineering, Liaoning Shihua University，Liaoning Fushun 113001, China）

Nickel containing wastewater was treated with talc by the adsorption method. The influence of talc dosage，reaction time and pH value on the treatment efficiency was discussed, the orthogonal test was used to study the effect of comprehensive factors on the treatment efficiency, and the optimum process conditions were determined. The results show that: the talc has good treatment effect for nickel containing wastewater，the sequence of each factor to effect treatment efficiency of Ni containing wastewater：the pH value of the solution >talc dosage > reaction time. The optimal technological conditions are as follows: the talc content 7.0 g/L,the reaction time 5 h,the pH value 8.0.

Talc；Nickel containing wastewater；Adsorption；Orthogonal test

X 703

A

1671-0460（2014）10-1959-03

遼寧省教育廳科學研究一般課題，項目號：L2012434

2014-03-11

許云峰（1980-），吉林榆樹人，碩士，講師，研究方向：水處理材料開發與應用。E-mail：yun211@126.com。