氢氧化镁吸附处理水中三价砷的研究

Posted 2023-01-12 浓度

篇首语：若要功夫深，铁杵磨成针。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了氢氧化镁吸附处理水中三价砷的研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

通过研究氢氧化镁吸附处理含As3+模拟废水，考察了振荡反应时间、氢氧化镁用量、反应温度及溶液pH值对As3+去除效果的影响。研究结果表明：氢氧化镁处理含As3+的废水，操作简便，去除率高，可达99%以上。吸附等温线符合Langmuir等温方程，吸附容量为4.04mg/L。
砷是一种剧毒物质，对人畜有致癌作用，其中三价砷的迁移性和毒性比五价砷高60倍[1-2]。各国对地表水的最高允许含砷质量浓度一般为50μg/L，世卫组织建议的饮用水中砷的允许含量标准为小于10μg/L。但是由于自然释放、人为开采、生产和使用，使砷污染现象愈来愈严重。
目前，处理含砷废水的具体方法主要有沉淀、絮凝、过滤、吸附、氧化、膜法和生物法等。吸附法是一种较为成熟且简单易行的废水处理技术，特别适用于量大而浓度较低的水处理体系。氢氧化镁是常见的吸附剂，具有安全、无害、无腐蚀性、活性大、吸附能力强等特点，在水处理系统中得到广泛的应用。本研究以氢氧化镁粉末为原料，考察其吸附水中三价砷的效果和影响因素。
1 试验试剂与方法
1.1 主要试剂
(1)As3+储备液：分析纯As2O3于105℃下烘干2h，称0.1320g置于50mL烧杯中，加20%NaOH溶液2mL，搅拌溶解后，再加1mol/L的H2SO4溶液10mL，转入100mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度线，摇匀，即得1.00g/L含As3+储备液，使用时按比例稀释成所需的相应浓度。
(2)吸附剂粉末Mg(OH)2及试验中用到的其它试剂均为分析纯。
1.2 吸附试验方法
在一系列锥形瓶中，分别加入一定量的吸附剂Mg(OH)2和100mL一定初始浓度、初始pH的As3+溶液，在一定温度下振荡一定时间后，取样，用慢速滤纸进行干过滤，取滤后上清液，置于锥形瓶中，加入10mL浓HCl和10mL二甲基甲酰胺(DMF)冷却至室温，加入锌粒，用DDC银盐法测定总As3+的浓度。按下式计算As3+的去除率：

式中，C0和C分别为吸附前后水中As3+的浓度。试验中分别考察pH值、Mg(OH)2投加量、As3+初始浓度、吸附时间与温度等5个因素对As3+的去除率、吸附量的影响，并同时研究水溶液体系的pH值变化。
2 结果和讨论
2.1 振荡时间对As3+去除率的影响
在As3+溶液浓度为20，50mg/L，pH=3，温度25℃，吸附剂Mg(OH)2粉末投加量为1g/L时，测得不同的振荡时间Mg(OH)2对As3+的吸附去除率，结果如图1。

从图1可以看出，在震荡初始60min以内，随着振荡时间的延长，As3+的去除率快速增加；当振荡时间超出60min，继续增加振荡时间，去除率变化很小，说明吸附在此时已基本达到平衡，因此后续试验选择振荡时间为1h。
2.2 吸附剂投加量对As3+去除率的影响
在振荡时间为1h，As溶液浓度为20，50mg/LpH=3，温度25℃情况下，研究不同吸附剂投加量与As3+去除率的关系，结果如图2。

从图2可以看出，投加量在0.5～2.0g/L区间内，随着吸附剂投加量增加，去除率快速增大，投放量大于2.0g/L后再增加量，去除率增长缓慢。因此后续试验Mg(OH)2粉末投加量为2g/L。
2.3 温度对As3+去除率的影响
在As3+溶液浓度20mg/L，振荡时间为1h，吸附剂Mg(OH)2粉末投加量为2g/L，pH=3时，测得不同温度下Mg(OH)2对As3+的去除率，结果如表1。

从表1可以看出，在试验设定条件下，温度变化对Mg(OH)2吸附As3+无明显影响。因此后续试验将在室温下(25℃)进行。
2.4 pH值对As3+去除率的影响
在As3+溶液浓度20mg/L，振荡时间为1h，吸附剂Mg(OH)2粉末投加量为2g/L，温度为25℃时，研究不同pH值下Mg(OH)2对As3+的去除率的影响，结果如图3。

从图3可以看出，随着pH值的升高，Mg(OH)2对As3+的去除率降低。在pH<7的区间，pH值上升去除率缓慢下降；在pH>7的区间，随着pH值的升高，去除率下降较快。说明Mg(OH)2对As3+的吸附为非专性吸附。
2.5 吸附等温式
在吸附剂Mg(OH)2粉末投加量为2g/L，振荡时间为1h，pH=3，温度为25℃时，在20～200mg/L范围内改变As3+浓度，测得平衡吸附量，绘制平衡吸附量q与平衡浓度Ce的关系曲线，见图4。
Langmuir和Freundlich等温方程式：

式中，Q0为吸附容量，mg/L；KL为Langmuir等温方程常数，L/mg；KF和n为Freundlich等温方程常数。用上述两方程对图4结果进行拟合回归，结果见图5和图6。

从图5和图6可以看出，Langmuir吸附等温方程计算值比Freundlich吸附等温方程计算值更吻合试验数据(Langmuir吸附等温方程相关系数R2>0.99，而Freundlich等温方程R2>0.80)，参数Q0=4.04mg/L，KL=1.15L/mg，表明Mg(OH)2粉末对溶液中As的吸附主要为表面单分子层吸附，吸附容量为4.04mg/L。
3 结论
(1)氢氧化镁粉末对溶液中As3+有较强的吸附作用，在本试验条件下，吸附容量达到4.04mg/L。
(2)通过比较，氢氧化镁粉末吸附As3+的等温方程比Langmuir等温方程拟合得更好，吸附主要为表面单分子层吸附。
(3)吸附剂氢氧化镁粉末吸附As3+的过程中，吸附剂用量、pH值等因素对去除率有明显影响，温度变化对其无明显影响。吸附率随振荡反应时间、吸附剂用量的增加而增加，随着pH值的增大而减小，且影响较大。
(4)当溶液中As3+的浓度为20mg/L，氢氧化镁粉末投加量为2g/L，pH=3，反应基本平衡时，As3+去除率可达到99%以上。
(5)吸附剂氢氧化镁粉末对As3+的吸附速度较快，吸附60min后基本达到平衡。