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。     

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.     

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.     

硅藻土的复合改性及其对水溶液中Cd2+的吸附特性

鉴于单一常规方法对硅藻土吸附性能的改善空间有限,为了显著改善硅藻土的吸附性能,应用酸活化-钠化-柱撑-焙烧复合改性工艺对硅藻土实施了改性,并通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和红外光谱(IR)对硅藻土改性前后微观形貌、物相组成和官能团的变化进行了分析,探究了硅藻土改性前后对Cd~(2+)的吸附能力与机制.结果表明,最佳复合改性工艺条件为:硫酸体积分数10%,NaCl质量分数6%,OH/Al摩尔比2.2,焙烧温度150℃;改性后,硅藻土对Cd~(2+)的吸附容量由原来的5.44 mg·g~(-1)提升至9.60 mg·g~(-1),提升了76.5%;改性前后硅藻土对Cd~(2+)的吸附均符合Langmuir等温吸附模型和二级动力学模型,吸附以物理过程为主.SEM、XRD和IR分析结果均表明,经复合改性,硅藻土壳体杂质得到清除,聚合羟基铝离子(Al13)成功引入硅藻土孔道并发挥柱撑作用,硅藻土壳体孔隙结构得到了充分改善.     

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。     

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。     

硅藻土在废水处理中的应用

硅藻土由于其具有独特的表面结构和良好的吸附性能,适合作为吸附材料应用于各种污水处理中。在此简单介绍硅藻土的基础上．综述了近年来国内外硅藻土应用在水处理中去除有机物、重金属离子以及有色染料等各方面的研究进展。     

聚羟基铝柱撑硅藻土的制备及其对水溶液中Cu2+、Zn2+的吸附特性

鉴于天然硅藻土因理化构造缺陷而导致的吸附性能局限性和传统物化方法对硅藻土改性效果的有限性,为了显著改善硅藻土的吸附性能,采用聚羟基铝对硅藻土实施了柱撑改性.通过扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)分析了硅藻土柱撑前后理化特性的变化,并考察了柱撑前后硅藻土表面性能及其对Cu~(2+)、Zn~(2+)吸附特性的差异.结果表明,硅藻土最佳柱撑条件为n(OH-)/n(Al3+)=2.2、KCl浓度1.8 mol·L~(-1)、Al/土比10 mmol·g~(-1)、反应温度60℃、反应时间24 h、老化温度200℃、老化时间0.5 h.柱撑后,聚羟基铝被成功置入硅藻壳体内部,形成了有效柱体,增大了孔道间距,拓展了吸附反应界面,使微孔表面羟基数量增多,表面活性增强.柱撑前后硅藻土对Cu~(2+)、Zn~(2+)的等温吸附特性均符合Langmuir模型,吸附动力学特性均符合二级动力学模型.柱撑后硅藻土对Cu~(2+)、Zn~(2+)的吸附容量分别达到7.491 mg·g~(-1)、11.312mg·g~(-1),较柱撑前分别提高了32.9%、33.3%,硅藻土吸附性能得到了极大的改善.     

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。     

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。     

改性硅藻土去除水中4种HCH的性能研究

以阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵为改性剂,采用浸渍法对硅藻土进行改性.通过室内实验,研究了该有机硅藻土对水中α-HCH、β-HCH、γ-HCH和δ-HCH的吸附作用.结果表明,十六烷基三甲基溴化胺能有效地提高硅藻土吸附水中4种HCH的能力.根据HCHs分配系数(Kow)的不同,改性硅藻土去除水中4种HCH的性能依次为:δ-HCH>γ-HCH>α-HCH>β-HCH.采用4种等温模型对吸附过程进行了模拟,Redlich-Peterson方程能更好地用于拟合HCH在改性硅藻土上的等温吸附曲线.     

硅藻土及颗粒硅藻土在油田采出水处理中的应用研究

该文研究了以硅藻土及颗粒硅藻土作为吸附剂处理油田采出水生化废水的可行性。结果表明:一级硅藻土及硅藻精土对COD的最佳吸附时间均为60 min;一级硅藻土对COD的去除率约为29.3%,最佳投加量为300 mg/L;硅藻精土对COD的去除率为40.6%,最佳投加量为200 mg/L。经1 000~1 200℃灼烧所得颗粒硅藻土对COD有较强的吸附效果,经处理后的油田采出水可达到一级A标准。颗粒硅藻土饱和后经500~600℃灼烧2 h可实现有效再生,在同样进水条件下出水可达一级B标准。颗粒硅藻土对难降解有机物质吸附性能良好,装置出水中丙酮、二氯甲烷、甲苯、正十一烷、四氯化碳、苯等含量均小于1μg/L。     

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。     

硅藻土基多孔吸附填料的制备及其对Pb2+的吸附

以硅藻土为主要原料,添加超细碳粉、烧结助剂和粘结剂,按一定比例混合、搅拌、造粒,在设定程序下煅烧,制备了硅藻土基多孔吸附填料(DBPAF),探讨了烧成温度、造孔剂添加量、硅藻土粉体粒径对DBPAF孔隙特征的影响,运用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对DBPAF的微观形貌和物相组成进行了观察和分析,采用动态吸附实验研究了DBPAF的可操作性,采用静态吸附实验研究了DBPAF吸附Pb2+的性能和机制.结果表明,最适烧成温度范围为900~1000℃,最适造孔剂添加量为7.0%,最适硅藻土粉体粒径为2.40μm;与硅藻土原土(粉体)相比,DBPAF的可操作性明显提高,孔隙结构得到了明显改善,物相组成以方石英相为主.研究还表明,烧制过程升温速率以2~5℃/min为宜以保证DBPAF气孔分布均匀;DBPAF对Pb2+吸附容量较硅藻土原土(粉体)提高了78.0%,吸附过程速率控制步骤为Pb2+与DBPAF孔道内的基团发生的化学反应,吸附动力学符合拟二级动力学模型.     

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。     

锰氧化物改性硅藻土对水中Cd(Ⅱ)的吸附性能研究

以硅藻土精土为基体,用锰氧化物作为改性剂制备了改性硅藻土,采用SEM、FT-IR、XRD、比表面积仪对锰氧化物改性的硅藻土进行表征。通过静态吸附试验考查了吸附剂用量、溶液初始浓度、反应温度、溶液初始pH、反应时间等因素对改性硅藻土吸附模拟废水中Cd(Ⅱ)的影响。结果表明:环境温度为25℃,溶液pH为4,投加量为5 g/L时,改性硅藻土对4 mg/L的Cd(Ⅱ)吸附效果最好,去除率可达到97.5%以上,处理后的废水中ρ(Cd(Ⅱ))<0.1 mg/L,低于GB 8978—1996《污水综合排放标准》中总镉的排放标准。     

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。     

几种吸附材料对磷吸附性能的对比研究

针对白洋淀府河水体磷污染问题,研究了天然沸石、硅藻土、粉煤灰、赤泥、铁铝泥五种材料对磷的吸附性能,并利用盐酸改性铁铝泥、铁盐改性粉煤灰和赤泥,对比研究了改性后材料对磷的吸附能力,探讨了水体pH值和其他离子对其吸附性能的影响。结果表明:沸石、硅藻土、粉煤灰、赤泥对磷的吸附符合一级动力学模型,而铁铝泥和改性后材料吸附磷符合准二级动力学模型;改性前后各材料吸附磷等温线均符合Langmuir方程。各材料吸附磷能力为:改性赤泥>改性粉煤灰>改性铁铝泥>铁铝泥>赤泥和粉煤灰>沸石>硅藻土,改性材料吸附磷能力明显提高。溶液pH值显著影响改性材料吸附磷效果,pH为7时吸附量最大;硫酸根和碳酸氢根离子抑制磷的吸附,氯离子和硝酸根离子没有明显影响。