改性沸石去除廢水中鉛離子的探討

盧麟龍

（六盤(pán)水市環(huán)境監(jiān)測(cè)站貴州六盤(pán)水553001）

改性沸石去除廢水中鉛離子的探討

盧麟龍

（六盤(pán)水市環(huán)境監(jiān)測(cè)站貴州六盤(pán)水553001）

鉛是一種危害性極大的重金屬元素，廣泛存在于自然界。對(duì)水體的污染將嚴(yán)重威脅到人類的身體健康，因此需要除去水中的鉛離子。本文應(yīng)用改性試劑對(duì)沸石改性，使沸石的離子的交換能力得到提升，從而有效去除鉛離子。

改性沸石；鉛離子；去除

水體中的鉛離子嚴(yán)重影響到人們的正常生活，一般應(yīng)用離子交換法和化學(xué)沉淀法，其中離子交換法具有更高的效益。天然沸石雖然有良好的離子交換能力，其實(shí)天然沸石在實(shí)際的使用之中的離子交換的容量并不能夠使得正常的生產(chǎn)需求得到很好的滿足。為了提高天然沸石的使用性能，在實(shí)際的使用之中人們開(kāi)始嘗試借助改性劑對(duì)天然沸石離子交換能力進(jìn)行改進(jìn)。經(jīng)過(guò)多次的實(shí)踐以及實(shí)際應(yīng)用，終于總結(jié)出了對(duì)于NaCl的使用，可以使得天然沸石的改性結(jié)果獲得相對(duì)滿意的效果。與此同時(shí)，還發(fā)現(xiàn)天然沸石在與鉛離子進(jìn)行平衡性的容量交換時(shí)可以產(chǎn)生出0.5135mmol/g的效果，本文重點(diǎn)對(duì)試驗(yàn)方法進(jìn)行了研究，以期為相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)提供理論研究依據(jù)。

1　天然沸石的加工與改性

1.1天然沸石的工業(yè)加工方法

天然沸石工業(yè)加工過(guò)程中，按照一定的粒徑標(biāo)準(zhǔn)將天然沸石原礦粉碎，然后將其放置到鹽酸亦或者是硫酸的溶液中浸漬適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，在其充分的中和反應(yīng)之中再把該礦體以水作為介質(zhì)進(jìn)行煮沸的加工，在煮沸達(dá)到滿意的效果之后再將該礦樣進(jìn)行干燥以及焙燒的處理，如此一來(lái)，在這一系列的處理程序之后，天然沸石的離子吸附能力以及交換能力均得到質(zhì)的提升[1]。

在處理過(guò)程中，需要對(duì)天然的原礦進(jìn)行粉碎，粉碎的標(biāo)準(zhǔn)是達(dá)到5～80目的范圍,因?yàn)樘幚淼牧皆诔^(guò)5目時(shí)對(duì)其進(jìn)行浸漬的處理時(shí)并不能很好的浸透到晶體的內(nèi)部之中，也不能清除孔道結(jié)構(gòu)中的雜質(zhì)和可溶性物質(zhì)，會(huì)對(duì)后期離子交換性能產(chǎn)生影響。如果粒徑小于80目，使用過(guò)程中不能滿足要求，顆粒過(guò)小易被吹散，成品率和經(jīng)濟(jì)效益較低。

處理過(guò)程中應(yīng)用的酸濃度一般控制在4%～10%內(nèi)，浸漬時(shí)間在10h～20h內(nèi)，有效去除可溶性物質(zhì)和雜質(zhì)。

經(jīng)上述方法處理過(guò)的沸石，需要再經(jīng)過(guò)干燥和焙燒步驟，避免殘留在孔道內(nèi)的水分破壞到晶體的結(jié)構(gòu)，因?yàn)槿绱藭?huì)對(duì)礦樣原本的吸附能力產(chǎn)生不可控的影響，焙燒溫度控制在250℃～500℃。

1.2天然沸石的改性處理方法

以下將以沸石非骨架的遠(yuǎn)景改性為例進(jìn)行相關(guān)說(shuō)明，實(shí)際應(yīng)用的例子交換法視具體而定有不同的方式，常見(jiàn)如固態(tài)的離子交換法、水溶液交換法、非水溶液交換法、熔鹽交換法等。

從性能看，沸石可以借助陽(yáng)離子對(duì)晶體電場(chǎng)、酸堿性以及孔道的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)想要的調(diào)整，從而達(dá)到對(duì)其性質(zhì)的改變，以及改善沸石吸附離子和交換離子的能力，本研究中主要介紹水溶液交換法和固態(tài)離子交換法。

水溶液交換法是最常用的離子交換方法。沸石與某金屬的鹽水溶液結(jié)合后的離子交換過(guò)程如下所示。

其中A+為沸石陽(yáng)離子，Z-為沸石的骨架，B+則為鹽溶液金屬陽(yáng)離子。為了實(shí)現(xiàn)交換程度的提升，可以進(jìn)行間歇式的多次交換，交換后需進(jìn)行過(guò)濾及洗滌，之后進(jìn)行二次交換，鹽溶液中的金屬陽(yáng)離子經(jīng)過(guò)多次交換后達(dá)到所需的要求。離子交換過(guò)程中，為了保證陽(yáng)離子將沸石中的陽(yáng)離子交換出來(lái)，需要保證陽(yáng)離子和沸石中的陽(yáng)離子類型相同，同時(shí)需要嚴(yán)格控制交換溫度、物質(zhì)的濃度、物質(zhì)的用量和溶液的pH值等。水溶液交換方法也存在一定的缺陷，在將金屬離子引入到沸石中的同時(shí)，交換時(shí)間較長(zhǎng)，交換工作完成后需要重點(diǎn)處理交換后的鹽溶液，另外溶液中還有一些不穩(wěn)定的離子不能交換到沸石中。

固態(tài)離子交換方法為沸石的改性工業(yè)創(chuàng)造了新的路徑，將沸石和金屬氯化物或金屬氧化物充分混合，之后經(jīng)過(guò)高溫焙燒，通過(guò)水蒸氣處理，滿足改性需求。鹽中的陰離子會(huì)影響固態(tài)反應(yīng)，金屬氯化物在反應(yīng)過(guò)程中也會(huì)生產(chǎn)易揮發(fā)的物質(zhì)HCI,可以進(jìn)一步促進(jìn)交換反應(yīng)的進(jìn)行，固態(tài)離子交換法可以克服溶液離子交換法中的問(wèn)題，應(yīng)用前景十分廣闊。

2　沸石改性實(shí)驗(yàn)

2.1沸石原料處理

天然沸石中存在一定量的有機(jī)物雜質(zhì)和可溶性的無(wú)機(jī)鹽雜質(zhì)，影響晶體孔道，降低了沸石的離子交換能力和材料的耐熱性。處理可溶性無(wú)機(jī)鹽雜質(zhì)的過(guò)程中，一般應(yīng)用酸堿浸泡的方法去除；處理有機(jī)物雜質(zhì)時(shí)，一般應(yīng)用焙燒的方法去除。應(yīng)用酸堿溶液的同時(shí)，將濃度控制在5%～10%。濃度較低的酸堿溶液將不能滿足生產(chǎn)需求，濃度較高的酸堿溶液將會(huì)破壞沸石的晶格結(jié)構(gòu)，也會(huì)在處理尾液的過(guò)程中遇到困難。同時(shí)需要將焙燒的溫度嚴(yán)格控制在250℃～450℃范圍，避免溫度過(guò)高影響離子的交換能力[2]。

取出一定量的沸石，在400℃環(huán)境下焙燒約6h，取出后冷卻。將焙燒后的沸石置于燒杯中，加入一定量的鹽酸溶液，鹽酸溶液的濃度控制在8%左右，同時(shí)保證鹽酸溶液浸沒(méi)原料并高出原料3cm以上，為試驗(yàn)過(guò)程提供充足的攪拌空間。

之后將燒杯移至恒溫磁力攪拌設(shè)備上，將環(huán)境溫度控制在25℃，攪拌時(shí)間為16h，保證酸溶液完全浸入到顆粒內(nèi)部。停止攪拌后靜置，保證沸石顆粒完全沉降，及時(shí)將上層酸液導(dǎo)出。之后加入清水浸沒(méi)沸石顆粒，為沸石顆粒提供充足的沉降空間，之后重新攪拌1h后靜置沉降，導(dǎo)出上層溶液，應(yīng)用這種方法經(jīng)上層溶液調(diào)至中性。之后應(yīng)用去離子水反復(fù)洗滌沸石顆粒，直到上層溶液澄清，過(guò)濾再進(jìn)行干燥處理，即可取出備用。

2.2沸石改性

2.2.1將經(jīng)過(guò)處理的沸石稱量50g投入準(zhǔn)備好的燒杯之中，然后把2mol/L已經(jīng)配制好的KCl溶液緩緩倒入至該燒杯之中，需要能沒(méi)過(guò)該沸石顆粒達(dá)到5cm左右，同時(shí)還需要有能進(jìn)行良好攪拌的充足空間。

2.2.2將該燒杯放到恒溫的磁力攪拌設(shè)備上，保證該燒杯在25℃的條件下充分?jǐn)嚢?0h。

2.2.3停止攪拌后沉降，完全沉降后導(dǎo)出上層溶液。

2.2.4舍棄離子水，對(duì)沸石顆粒進(jìn)行清洗，確保上層的溶液在澄清后對(duì)其進(jìn)行導(dǎo)出以及過(guò)濾的處理。

2.2.5對(duì)上述步驟進(jìn)行重復(fù)處理，對(duì)濾產(chǎn)物用配制好的2mol/LKCl溶液進(jìn)行浸漬的處理，轉(zhuǎn)換成鉀型的沸石處理成功。

2.2.6將過(guò)濾產(chǎn)物在105℃的條件下干燥約4h，即可取出備用。

與KCl改性方法相同,NaCl、CaCl2和NH4Cl改性之后可以將過(guò)濾產(chǎn)物轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)化成鈉、鈣、銨型沸石。

上述改性方法充分應(yīng)用離子交換性能，主要是應(yīng)用改性劑中的陽(yáng)離子交換沸石中的陽(yáng)離子，保證其轉(zhuǎn)換為陽(yáng)離子型的沸石。

3　改性沸石與鉛離子交換實(shí)驗(yàn)

應(yīng)用已經(jīng)改性的沸石與稀硝酸溶液反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)離子交換，現(xiàn)以鈉型沸石為例，論述改性沸石與鉛離子的交換過(guò)程。

(1)稱取一定量的硝酸鉛置于1000mL燒杯中，之后注入適量蒸餾水?dāng)嚢杈鶆颍詈蠖ㄈ?000mL。(2)稱取30g鈉型沸石加入燒杯中，將事先準(zhǔn)備好的鉛離子選擇性電極插入其中。(3)將溶液的pH值控制為3，在20℃環(huán)境條件下連續(xù)攪拌，將攪拌速度控制在150r/min。(4)每隔相同時(shí)間讀取一次鉛離子的濃度，及時(shí)做好記錄。(5)大約90min后停止攪拌，記錄鉛離子此時(shí)的濃度數(shù)值。（6）待沸石顆粒沉降之后處理掉上層的溶液，測(cè)其中鈉離子濃度值并進(jìn)行記錄。(7)去離子水洗滌沸石3次，再進(jìn)行過(guò)濾以及干燥（4h）的處理。試驗(yàn)重復(fù)兩次，取平均值為最終的數(shù)據(jù)。（8）在20℃恒溫條件下，將溶液的pH值分別控制在5、7、9,將環(huán)境溫度控制在50℃左右，重復(fù)上述試驗(yàn)。

4　結(jié)語(yǔ)

天然沸石的交換能力不足，經(jīng)過(guò)改性后的沸石可以大大提高鉛離子的交換能力，可以滿足廢水處理的要求。本文重點(diǎn)探究了鉛離子交換試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明交換鉛離子的交換能力確實(shí)得到提高，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)具有重要的借鑒意義。

[1]韓汝寧.改性沸石去除廢水中鉛離子的研究[J].廣西大學(xué), 2009,14（2）：140.

[2]李云亭.改性沸石對(duì)重金屬離子鉛的吸附性能研究[J].科技信息,2011,26(24):434.