膨潤(rùn)土固相萃取材料的制備及其對(duì)Cr3+的吸附研究

＊張 皓

（西北民族大學(xué)化工學(xué)院 甘肅 730030）

膨潤(rùn)土固相萃取材料的制備及其對(duì)Cr3+的吸附研究

＊張 皓

（西北民族大學(xué)化工學(xué)院 甘肅 730030）

膨潤(rùn)土，有良好的物理化學(xué)性能，是一種性能優(yōu)異的吸附材料，被廣泛應(yīng)用于廢水處理。但僅用膨潤(rùn)土作為固相萃取材料，吸附容量不夠高。本實(shí)驗(yàn)通過對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行改性處理，得到新型固相萃取材料，最后將膨潤(rùn)土固相萃取材料用于Cr3+離子富集分離，并優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，建立了Cr3+富集分離新方法。

膨潤(rùn)土；水處理；固相萃取材料；Cr3+吸附

1.研究意義與目的

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程的加快，當(dāng)代社會(huì)的污水排放已經(jīng)成為制約社會(huì)綠色可持續(xù)發(fā)展的重要限制因素之一。這其中，尤其是工業(yè)廢水，含有大量的重金屬離子(如Cr6+、Ni2+、Cu2+、Cd2+、Pb2+、Hg2+、Cr3+等)，危害著人類的生存及自然環(huán)境的平衡。

目前，重金屬?gòu)U水的處理成本較高，這也是造成其污染的最主要問題原因。隨著各種處理方法的出現(xiàn)，膨潤(rùn)土以其優(yōu)異的吸水性和吸附性正成為解決重金屬離子污染最為可行的方案之一。

當(dāng)水分子進(jìn)入膨潤(rùn)土晶層間時(shí)，能表現(xiàn)出極強(qiáng)的親水性。有的膨潤(rùn)土可吸附5倍于自身重量的水，其體積可膨脹至吸附前的20-30倍。

同時(shí)，膨潤(rùn)土帶有一定的不飽和負(fù)電荷，由電中性原理可知，必然會(huì)有等量的陽(yáng)離子吸附在礦物表面。吸附于膨潤(rùn)土層間和表面的陽(yáng)離子能夠和溶液中的同號(hào)離子進(jìn)行離子交換作用，當(dāng)具有足夠的電子時(shí)，便可以永久地吸附陽(yáng)離子，從而把這些陽(yáng)離子永久的固定在膨潤(rùn)土中。

基于膨潤(rùn)土良好的吸水性與陽(yáng)離子吸附作用，及其在重金屬?gòu)U水中處理應(yīng)用的良好前景，本實(shí)驗(yàn)對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行改性處理，并對(duì)Cr3+的檢測(cè)及吸附容量進(jìn)行了測(cè)試，并得出較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。具體的內(nèi)容為以下兩方面：

(1)對(duì)膨潤(rùn)土提純并進(jìn)行改性處理，制得改性膨潤(rùn)土。

(2)研究改性膨潤(rùn)土對(duì)Cr3+的吸附行為，考察吸附時(shí)間、用量、pH值對(duì)行為的影響，確定最優(yōu)吸附條件。

2.實(shí)驗(yàn)儀器與藥品

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（揚(yáng)州三發(fā)電子有限公司）、PH測(cè)定儀（北京中西化玻儀器有限公司）、集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）、電子分析天平（上海天平儀器廠）、原子吸收光譜儀S2 Aasystem型（美國(guó)熱電）、離心機(jī)80-2型（美國(guó)電熱）。

鹽酸AR、無水乙醇AR、氨水AR、氯化鉻、無水硫酸銅、3-氯丙基三乙氧基硅烷。

3.改性膨潤(rùn)土的制備

(1)提純

取15g膨潤(rùn)土原土置于500ml燒瓶中，加入300ml鹽酸，在80℃的恒溫條件下用攪拌器回流5小時(shí)，然后冷卻至室溫，棄去上清液，置烘箱內(nèi)于105℃下烘干。

(2)改性處理

取提純后的膨潤(rùn)土10g置于500ml燒瓶中，加入10ml 3-氯丙基三乙氧基硅烷、250ml無水乙醇，在80℃的恒溫條件下用攪拌器回流37小時(shí)，然后冷卻至室溫，棄去上清液，置烘箱內(nèi)于105℃下烘干，烘干產(chǎn)物即改性膨潤(rùn)土。

4.改性膨潤(rùn)土對(duì)Cr3+的吸附研究

(1)pH值對(duì)吸附作用的影響

取1ml10μg/ml的Cr3+溶液置于10ml的小燒杯中，加入5ml蒸餾水、30mg改性膨潤(rùn)土，調(diào)節(jié)pH值為1，最后定容為10ml。將溶液轉(zhuǎn)入10ml離心管中，振搖30min，靜置后離心10min并過濾，用原子吸收光譜儀測(cè)定濾液中Cr3+的含量。同理，再依次測(cè)定pH值為2、3、4、5、6、7時(shí)的吸附情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 pH值對(duì)吸附作用的影響

(2)吸附時(shí)間對(duì)吸附作用的影響

取7個(gè)10ml的離心管，加入10ml10μg/ml的Cr3+溶液（pH=4）、30mg改性膨潤(rùn)土，分別振搖2、5、10、15、20、25、30min，靜置后離心10min，用原子吸收光譜儀測(cè)定濾液中Cr3+的含量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

(3)吸附劑用量對(duì)吸附作用的影響

取8個(gè)10mL離心管，加入10ml1μg/ml的Cr3+溶液（pH=4），分別加5、10、15、20、25、30、35、40mg改性膨潤(rùn)土，振搖20min，靜置后離心10min，用原子吸收光譜儀測(cè)定濾液中Cr3+的含量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

(4)精密度測(cè)定實(shí)驗(yàn)及洗脫條件測(cè)定實(shí)驗(yàn)

取10ml1μ g/ml的Cr3+溶液（pH=4）于10ml離心管中，加入30mg改性膨潤(rùn)土，振搖20min，離心10min后過濾，收集濾液，固體保留，測(cè)定濾液中Cr3+的含量。并重復(fù)測(cè)定5次，觀察其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)變差。

取過濾后的固體物，分別加入0．1、0．5、1、2、3mol/L的鹽酸，振搖20min，離心10min后過濾，用原子吸收光譜儀測(cè)定濾液中Cr3+的含量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4、5所示。

(5)吸附容量測(cè)定

取3個(gè)10mL離心管，Cr3+溶液的配置要求如下表所示。

?

圖2 吸附時(shí)間對(duì)吸附作用的影響

圖3 吸附劑用量對(duì)吸附作用的影響

圖4 精密度測(cè)定實(shí)驗(yàn)圖

圖5 洗脫條件測(cè)定實(shí)驗(yàn)

?

最后，加入30mg改性膨潤(rùn)土，振搖20分鐘。離心10分鐘后，用原子吸收光譜儀測(cè)定濾液中Cr3+的含量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)反映出，本實(shí)驗(yàn)的最佳pH值為4、最佳振搖時(shí)間為20min、最佳添加質(zhì)量為30mg。同時(shí)，在相同條件下由6組平行實(shí)驗(yàn)得相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1．73%，有很高的精密度、用10mL 1 mol/L鹽酸溶液作為洗脫劑最為適合。對(duì)于改性膨潤(rùn)土的吸附容量，則是隨Cr3+初始濃度的增大而增大。

6.討論與分析

在經(jīng)濟(jì)全球化的今天，經(jīng)濟(jì)實(shí)力是各國(guó)相互競(jìng)爭(zhēng)與對(duì)比的主要方面，尤其是在發(fā)展中國(guó)家。也正是出于這種競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的存在，重金屬?gòu)U水的排放也就成為了發(fā)展中所體現(xiàn)出的負(fù)面現(xiàn)象。

任何重化工企業(yè)都不可能做到100%的廢水處理，所以，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、性能優(yōu)良的重金屬處理劑就顯得尤為重要了。我國(guó)膨潤(rùn)土資源十分豐富，隨著對(duì)膨潤(rùn)土研究的深入，改性膨潤(rùn)土在重金屬離子廢水的處理中顯露出了極大的潛力。

本實(shí)驗(yàn)本著經(jīng)濟(jì)環(huán)保、操作簡(jiǎn)單的目的，對(duì)改性膨潤(rùn)土在Cr3+的吸附行為方面進(jìn)行了初步的測(cè)試，也得到了比較理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。但是，對(duì)重金屬?gòu)U水的處理永遠(yuǎn)都是任重而道遠(yuǎn)的，只有不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝并減少重金屬?gòu)U水的排放才能真正實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展，做到人與自然的友好相處。

圖6 吸附容量測(cè)定

[1]韓紅青,朱岳．膨潤(rùn)土改性及其應(yīng)用研究[J]．無機(jī)鹽工業(yè),2011, 10．

[2]張帆,李菁,譚建華,王波,黃福．吸附法處理重金屬?gòu)U水的研究進(jìn)展[J]．化工進(jìn)展, 2013,11．

[3]聶錦旭．改性膨潤(rùn)土吸附劑的制備及其在廢水處理中的應(yīng)用[D]． 中國(guó)科學(xué)院研究生院(廣州地球化學(xué)研究所),2005,11-30．

[4]于海琴．膨潤(rùn)土基吸附材料的制備、表征及其吸附性能研究[D]．中國(guó)海洋大學(xué), 2012,06-05．

(責(zé)任編輯：劉林林)

Preparation of bentonite solid phase extraction material and study on its adsorption of Cr3+

Zhang Hao

（Northwest university for nationalities institute of chemical industry, Gansu, 730030）

Bentonite has good physical and chemical properties and be widely used in water-treatment due to the great effects of adsorption. But the bentonite has low adsorption capacity if only as solid phase extraction material. In this experiment, we made a new solid phase extraction material by modifcation on bentonite and used it to concentrate and isolate for Cr3+. At last, we got a new way of separation for Cr3+though the optimal experimental condition.

bentonite；water-treatment；solid phase extraction material；adsorption of Cr3+

T < class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

A

張皓（1995～)，男，西北民族大學(xué)化工學(xué)院；研究方向：精細(xì)化工。