纳米氢氧化镁对水中络合态三价铬的吸附研究

摘 要

采用室温固相反应法成功合成了纳米片状氢氧化镁，采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、比表面积分析仪(BET)、X射线光电子能谱(XPS)等对样品进行了表征。系统性研究了吸附量、初始浓度、接触时间和共存离子对纳米片状氢氧化镁吸附低浓度EDTA 络合的三价铬(Cr(Ⅲ)-EDTA)废水的影响，结果表明：纳米片状氢氧化镁对Cr(Ⅲ)-EDTA 的最大吸附量为178.65 mg/g，吸附等温线符合Freundlich模型，吸附动力学与准二级动力学方程相拟合，高浓度的阳离子对氢氧化镁去除水中的络合物Cr(Ⅲ)-EDTA 基本无影响。

关键词：纳米氢氧化镁；Cr(Ⅲ)-EDTA；吸附；沉淀；络合态铬

中图分类号 TS 59 文献标识码 A

DOI：10. 13536/ j. cnki. issn1001-6813. 2019-003-008

研究背景及目的

近年来，随着工业的快速发展，重金属污染严重地威胁着人类健康与生态安全。铬是制革废水中大量存在的一类重金属元素，通常产生于制革的主鞣和复鞣阶段。皮革废水中的铬主要以Cr(Ⅲ)的形式存在，废水中除Cr(Ⅲ)的含量较高以外还含有各种复杂的有机物。通常来讲Cr(Ⅵ)具有强的氧化性、迁移性与活性，毒性大于其三价形态，然而高浓度的Cr(Ⅲ)的毒性依然不容忽视，并且Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)受水体pH、温度和氧化还原物质等条件的影响会相互转换。因此，对皮革废水中Cr(Ⅲ)的处理同样有非常重要的意义。

工业生产中对于高浓度的Cr(Ⅲ)一般采用沉淀法进行处理，然而由于在制革生产过程中存在了大量的具有良好配位能力的有机、无机配体，能与Cr(Ⅲ)形成稳定的配合物，因此采用常规化学沉淀法处理制革废水中的Cr(Ⅲ)很难达到国家相关排放标准。因此对于制革废水中络合态铬的处理是环境和工程领域长期关注的科学问题。

本研究通过室温固相研磨法制备出氢氧化镁，并采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、比表面积(BET)、X射线光电子能谱(XPS)等方法，对合成的纳米氢氧化镁的表面特性和结构进行表征，并系统地研究了纳米氢氧化镁对络合态铬的吸附性能。

研究方法

采用室温固相法制备纳米氢氧化镁，首先把氯化镁(MgCl?·6H?O)放入干燥箱里100 ℃干燥24 h备用，氯化镁(MgCl?·6H?O)、氢氧化钠(NaOH)和氯化钠(NaCl)按1∶2∶2 的比例放入玛瑙研钵中研磨，待混合物不再放出热量时反应完全，然后用蒸馏水和酒精反复洗涤除去NaCl，于80 ℃干燥箱内干燥12 h后再研磨即得纳米氢氧化镁样品。对纳米氢氧化镁进行X射线粉末衍射，扫描电镜、比表面积、孔径分布和X 射线光电子能谱分析。

本试验采用EDTA作为Cr(Ⅲ)的络合剂，制备络合态铬溶液，模拟制革废水中所存在的络合态铬的形式，具体制备方法如下：首先调节水的pH=3，称取六水硫酸铬(Cr?(SO₄)?·6H?O)和乙二胺四乙酸二钠(EDTA)分别溶解在pH=3的水中，然后按比例把铬液与EDTA 溶液混合配制Cr(Ⅲ)浓度为100 mg/L、Cr(Ⅲ)与EDTA的摩尔比为1∶1的Cr(Ⅲ)-EDTA溶液，在常温下搅拌反应24 h，用1 mol/L的NaOH溶液调节溶液的pH值为10，(试验分别把Cr(Ⅲ)-EDTA的pH值调节为3~12，结果显示在pH=10 时未络合的游离态铬沉淀最完全)沉淀4 h后用滤膜(0.45 μm)过滤，使溶液中没有络合的Cr(Ⅲ)沉淀下去，剩余的为络合态Cr(Ⅲ)-EDTA，用ICP 测量剩余Cr(Ⅲ)的浓度为49.02 mg/L。因此本试验所使用的Cr(Ⅲ)-EDTA 溶液都是在pH=10时把游离态铬沉淀完全的铬液稀释配制而成。

研究结论

本研究通过室温固相法合成片状纳米氢氧化镁，并对吸附剂纳米氢氧化镁进行了XRD、SEM、BET、XPS等的表征，结果表明纳米氢氧化镁的纯度较高，表面比较均匀，比表面积大且粒径较小。并且对水中的络合态铬(Cr(Ⅲ)-EDTA)表现出良好的吸附性能。最大吸附量为178.65 mg/g，吸附后可以达到新建企业水污染排放浓度限值及单位基准排放量中的车间及生产设施废水排放口的标准。吸附等温线符合Freundlich等温线方程，吸附动力学符合准二级动力学方程，并且反应体系存在的阳离子对吸附有微弱的促进作用，说明该吸附剂耐盐能力比较强，对复杂的水环境的适应能力强。

王家宏，郭 茹，曹瑞华

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文章节选自《中国皮革》2019年第3期

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