硅藻土的改性以及处理重金属废水的研究进展

硅藻土作为一种良好的吸附材料,已被广泛应用于各种污水处理中。硅藻土具有独特的表面结构与优异的吸附性能,通过对硅藻土吸附原理的研究,很适合于作为吸附材料应用于各种工业污水的处理。在简单介绍硅藻土的基础上,综述了近年来国内外在硅藻土改性方面的研究,以及对重金属离子污染物吸附的研究进展,并展望了其未来的发展趋势。     

工业污水处理中硅藻土的应用

由于具有优异的吸附性能以及独特的表面结构,硅藻土逐渐成为一种新的吸附材料应用于工业污水处理中。我国有着丰富的硅藻土储量,对硅藻土进行研究,有利于充分发挥硅藻土的利用价值,更好地为工业生产服务。     

硅藻土的研究现状及进展

硅藻土具有多孔性、密度小、比表面积大、吸附性好、耐酸、耐碱、绝缘等特性,并且中国硅藻土矿储量丰富,所以硅藻土作为一种新型的吸附材料近年来已被广泛应用于许多工业部门。本文在简单介绍硅藻土化学成分、表面特性等性质的基础上,综述了近年来国内外用聚苯胺、聚乙烯亚胺等聚合物对硅藻土进行改性的方法,同时针对不同的工业废水介绍了目前硅藻土的改性方法以及改性前后的硅藻土作为吸附材料对工业废水中的染料、重金属离子以及非极性芳香烃吸附的研究进展,并展望了硅藻土作为新型的吸附材料的发展趋势。     

改性硅藻土对三种有机染料的吸附作用研究

以天然硅藻土分别负载十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)、四甲基溴化铵(TMAB)和壳聚糖,制得一系列改性硅藻土,研究了改性硅藻土吸附水中的阴离子染料(活性红120)、阳离子染料(亚甲基蓝)、酸性染料(玫瑰红B)的适宜条件及吸附机理.结果表明,天然硅藻土对亚甲基蓝、四甲基溴化铵改性硅藻土对玫瑰红B和壳聚糖改性硅藻土对活性红120的饱和吸附量分别为51.15、49.56、56.64mg.L-1,效果良好,可被直接利用.延长吸附时间、增大吸附剂用量、控制溶液的pH值(<6)都能提高改性硅藻土吸附剂的吸附效果;3种染料在各自吸附剂上的平衡吸附量Qe与平衡浓度Ce之间的关系均符合Freundlich等温吸附方程,表明改性硅藻土吸附染料以分配作用、弱的溶质吸收为主.改性剂的引入可以改变硅藻土的表面电性,从而对不同类型染料的吸附能力产生不同影响.     

液/固体系Cu2+、Zn2+、Mn2+在硅藻土表面的吸附行为与特性

为了深入了解液/固体系Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)在硅藻土表面的吸附行为与特性,为硅藻土在含重金属离子废水处理上的应用提供充分的理论依据,采用静态吸附试验对Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)在硅藻土表面的吸附条件、性能、行为与特性进行了系统的研究.结果表明,硅藻土投加量和离子初始浓度对硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)的影响均可归结为液/固比(液相离子与硅藻土的质量比)的影响,过高或过低的液固比均不利于吸附,硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)所需的最佳液/固比分别为0.025、0.100和0.100.溶液初始pH值对硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)的影响主要与溶液初始pH值与硅藻土等电点(2.0)之间的距离有关,接近或低于硅藻土等电点都不利于吸附,过高的pH值会使Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)发生沉淀,也不利于吸附,硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)所需的最适溶液初始pH值区间分别为4.0~6.0、4.0~7.0和4.0~7.0.溶液温度对硅藻土吸附Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)的液膜扩散、颗粒扩散和吸附反应3个过程的影响不一致,导致对吸附量的影响无明显规律.硅藻土对Cu~(2+)、Zn~(2+)、Mn~(2+)的吸附分别符合Langmuir、Tenkin、Freundlish等温吸附模型,以物理吸附为主,吸附反应容易进行,在40 min达到平衡,吸附容量(25℃时)理论值分别为4.335、23.031、3.844 mg·g~(-1).吸附是自发的、吸热的、无序性增加,符合二级动力学模型.吸附速率的控制步骤为发生在孔道内部的吸附反应.     

磁性硅藻土的磷释放条件及再生能力研究

针对天然硅藻土吸附容量小、吸附后固液分离难且鲜有再生循环使用的问题,文章采用共沉淀法制备磁性硅藻土吸附剂。考察了溶液pH、反应时间、温度及固液比对吸附饱和的磁性硅藻土的释磷条件的影响,并在最佳吸附和最佳磷释放条件下研究了磁性硅藻土的再生能力。结果表明:当再生时间为90 min,pH为13,再生温度为75℃时,磷释放率达到最大;再生固液比对磷释放无明显影响,可实现再生液的减量化使用;吸附剂经3次吸附再生后对磷的吸附能力仍保持在80%以上,表明磁性硅藻土具有较好的稳定性和再生能力。     

碳化改性硅藻土对四环素的吸附

为提高天然硅藻土对水体中有机污染物的吸附去除性能,以葡萄糖为碳源,通过一步低温热解法对天然硅藻土进行碳化改性。利用扫描电镜(SEM/EDX)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、Zeta电位等技术表征了碳化改性的硅藻土(CD₃₀₀)的结构特点和化学性质,并以四环素(TC)为目标污染物,对CD₃₀₀吸附TC的吸附动力学、吸附等温线和热力学进行研究分析。结果表明:在300℃下CD₃₀₀对TC的吸附效果最佳,较天然硅藻土的吸附性能提高了110.6%。表征结果证实了碳化产物成功负载至天然硅藻土表面且改性不会明显影响天然硅藻土的形貌结构。Elovich动力学模型表明,CD₃₀₀吸附TC以化学吸附为主。颗粒内扩散模型显示,CD₃₀₀对TC的吸附由液膜扩散和内扩散2个阶段控制,而内扩散阶段为主要的速率控制步骤。吸附等温线分析显示,Freundlich模型拟合效果更好(R2>0.966),表明吸附为多分子层吸附过程。热力学参数ΔG0<0、ΔH0>0和ΔS0>0,说明吸附过程为自发、吸热且混乱度增加。溶液初始pH值和离子影响强度实验证明,TC分子与CD₃₀₀间可能存在较强的外层结合,而静电作用在吸附过程中占据了主导作用。此外,碳化改性的硅藻土拥有良好的再生性能,表明其可作为一种高效吸附剂用于有机污染物的吸附去除。     

硅藻土复合材料净化室内空气的实验研究

利用硅藻土复合材料对室内空气中三种主要污染物甲醛、氨和苯进行了净化研究,比较了普通硅藻土和硅藻土复合材料对三种污染物的去除效果。测试了硅藻土复合材料的平衡吸附量,及其在空气流速、净化时间和吸附剂量条件下对污染物去除率的影响。结果表明:硅藻土复合材料的净化性能优于普通硅藻土,对甲醛、氨和苯的平衡吸附量分别为132μg/g、95μg/g和87μg/g,最佳去除率分别为67%、91%和53%,吸附剂量在一定范围内改变对硅藻土复合材料的净化效率影响不大,而空气流速和净化时间存在最佳值。     

锆改性硅藻土吸附水中磷的研究

采用锆对硅藻土进行改性所得锆改性硅藻土,其氧化锆质量分数占12.39%,经XRD鉴定为无定形.SEM结果显示,改性后硅藻土表面出现粗糙多孔的絮状物.相比硅藻土,锆改性硅藻土的比表面积由14.00 m~2·g~(-1)扩大到75.22 m~2·g~(-1).XPS谱图显示,氧化锆与硅藻土之间以化学键方式,而非物理沉积方式结合.锆改性硅藻土对磷的等温吸附线更符合Langmuir模型,拟合得到最大吸附量为10.56 mg·g~(-1).锆改性硅藻土的吸附量按照氧化锆的质量分数计算为81.67 mg·g~(-1)ZrO_2,高于文献报道的纯氧化锆吸附剂.锆改性硅藻土对磷的吸附随pH的上升而下降,结合吸附前后材料的Zr3d高分辨XPS图谱,确定锆改性硅藻土对磷的吸附为配体交换过程.氯离子、硫酸根离子和硝酸根离子共存不会抑制磷的吸附,而碳酸氢根离子具有一定的抑制作用.对磷浓度为2 mg·L~(-1)的富营养化湖水,锆改性硅藻土投加量大于1.25 g·L~(-1)时,反应后磷浓度即可满足《地表水环境质量标准》规定的湖库Ⅲ类标准.     

不同类型吸附剂去除水体中Sb(Ⅴ)的对比研究

本文对比研究了沸石、酸碱改性沸石、硅藻土、酸改性硅藻土、锰改性硅藻土、水葫芦干粉末、酸碱改性水葫芦干粉末、煤灰、煤渣、稻草秸秆粉末(40目)、稻草秸秆颗粒(粒径0.5cm)、玉米秸秆粉末(40目)、玉米秸秆颗粒(粒径0.5cm)、陶粒、铁氧化物改性陶粒等15种吸附材料吸附去除水体中Sb(Ⅴ)的效果。结果表明,在固液比为1 g∶50 m L,初始溶液p H=7.5±0.5,反应温度为25±2℃,震荡速率150 r/min,初始Sb(Ⅴ)浓度为1000μg/L,吸附反应时间为5h条件下,15种吸附材料对Sb(Ⅴ)具有显著不同的吸附效果,吸附量大小依次为煤渣铁氧化物改性陶粒锰改性硅藻土酸碱改性水葫芦干粉末煤灰玉米秸秆粉末酸碱改性沸石酸改性硅藻土玉米秸秆颗粒稻草秸秆粉末沸石稻草秸秆颗粒陶粒水葫芦硅藻土。通过对原始吸附材料进行不同改性处理,发现改性后材料相对于原始材料对Sb(Ⅴ)的吸附能力有明显提升,其中锰改性硅藻土、酸碱改性水葫芦和铁氧化物改性陶粒对Sb(Ⅴ)的吸附量分别为48.7、46.6和48.9μg/g。其中,铁氧化物改性陶粒作为一种新型的大颗粒吸附剂,不仅对Sb(Ⅴ)的吸附性能好,而且相对于传统的粉末型吸附剂更易于从被处理水体中取出,避免了吸附剂和目标毒害元素驻留在水体中产生二次释放的环境风险,具有较好的应用潜力。     

硅藻土深度处理酒精废水的实验研究

硅藻土由于其具有独特的表面结构和良好的吸附性能。将改性后的硅藻土用于酒精废水深度处理进行吸附试验,可知当硅藻土投加量为30mg／L时,能使酒精废水经处理后p（CODCr）稳定达到100mg／L以下。     

硅藻土预处理垃圾渗滤液的试验研究

垃圾渗滤液成份复杂,较难处理。硅藻土具有较强的吸附性能和化学稳定性,因为硅藻土具有较好的絮凝沉淀性能,所以常应用于污水处理中。通过在渗滤液中进行硅藻土不同投加量的试验发现:硅藻土用量越大,絮凝效果越好;串联样中去除污染物的效果明显好于同等投加量的非串联样;在投加硅藻土的同时,适量复合其他絮凝剂像聚合氯化铝(PAC)等,处理效果会更好。后续处理如果再利用膜生物反应器(MBR),处理后的垃圾渗滤液排放标准将大大提高。     

碳酸钙改性硅藻土处理电解锌漂洗废水实验研究

铅锌矿在我国储存量大,电解法生产锌过程中可产生含Zn~(2+)、Pb~(2+)、Cd~(2+)、As5+和Cu~(2+)等重金属离子的漂洗废水。以硅藻土精土为基体,用碳酸钙作为改性剂制备改性硅藻土,对电解锌漂洗废水进行吸附实验研究。结果表明:在反应时间为150 min,碳酸钙改性硅藻土用量为3 g/L,pH为5.46,温度为25℃条件下,对废水进行吸附实验,吸附后废水中的Cu~(2+)和As5+离子浓度低于仪器检测线(0.01 mg/L和0.09 mg/L),Pb~(2+)浓度为0.16 mg/L,吸附后废水中Cu~(2+)、As5+和Pb~(2+)离子浓度均满足GB 25466—2010《铅锌工业污染物排放标准》的排放要求。同时,采用SEM、FTIR、XRD等对碳酸钙改性硅藻土进行表征,进一步探讨了碳酸钙改性硅藻土对重金属的吸附机理。     

硅藻精土技术处理生活污水

硅藻土处理城市污水技术是一项物化法污水处理技术,高效的改性硅藻土污水处理剂是该技术的关键,在此基础上配合合理的工艺流程和工艺设施,该技术可实现高效、稳定而又廉价地处理城市污水的目的.硅藻精土水处理技术具有投资少、占地小、运行费用低等特点,在污水处理行业逐渐得到广泛的应用.本文介绍了硅藻精土处理生活污水的工作原理,重点分析了硅藻精土处理污水工艺、与其他污水处理工艺的主要区别和投资大小的比较.由于这是一项新技术,在理论和实际工程应用上都还存在一些问题有待解决.     

海藻酸钠包埋活性炭与活性污泥的固定化技术

以海藻酸钠为包埋剂，以粉末活性炭和硅藻土分别为吸附剂，探索了用蠕动泵滴动法制备固定化活性污泥球形颗粒的工艺过程，并对所制备的固定化活性污泥球形颗粒，进行了餐厅废水的处理静态实验，从中检验了固定化颗粒的性能。实验结果表明，以活性炭为吸附剂添加制得的固定化活性污泥球形颗粒，具有较好的处理能力，是一种合适的材料，而以硅藻作为吸附剂添加时则效果较差。     

化纤厂废硅藻土再生利用研究

化纤厂废硅藻土再生利用研究以处理腈纶废水后的硅藻土为研究对象,从废硅藻土再生利用的角度出发,用动态渗滤实验方法研究硅藻土上所吸附的主要金属离子(Na+、Al3+、Fe2+、Zn2+、Ca2+、Mg2+)的相关解吸规律及效果,并用静态浸泡实验方法研究SO42-的解吸规律效果及效果。实验结果表明:以pH=11水溶液进行动态渗滤处理,所获得的硅藻土吸附性能得到较好的恢复。     

固定化细胞技术在废水处理中的应用

固定化（主要为固定化微生物）技术，由于降解效率高，抗逆性强等优点，在废水处理中应用广泛。按作用方式不同，固定化技术可分为4类，其中吸附法与包埋法应用较多。为提高机械强度与处理效率，包埋剂常与交联剂和吸附剂联用。结合90年代以来，固定化方法的研究成果和应用实例对化技术作了较全面的论述。