纤维状海泡石吸附剂对水中Cu<sup>2+</sup>的吸附行为研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-1158

摘要/Abstract

摘要：

为回收利用废水中的Cu²⁺，通过酸处理和化学改性法制备了新型纤维状海泡石吸附剂。分别考察了酸处理、十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS）改性对天然海泡石（Sep）表面性质的影响，并用制备的海泡石吸附剂（H-T-Sep）对水中的Cu²⁺进行吸附。对改性吸附剂的理化性质进行表征分析，HDTMS能在保持Sep原始晶体结构的情况下对其进行疏水化改性。静态吸附实验结果表明：H-T-Sep对水中Cu²⁺的吸附过程符合准二级反应动力学模型及Langmuir吸附方程，表明该吸附过程由多种行为控制。H-T-Sep对水中的Cu²⁺显示出较好的物理-化学吸附性能，吸附速率快，60 min时即可达到吸附平衡，饱和吸附量可达103.42 mg/g；吸附量随Cu²⁺初始质量浓度的增加而增大，随溶液pH的升高而增加，pH为7时吸附效果最佳。解吸再生实验结果表明，改性海泡石材料H-T-Sep具有较好的再生性能，循环吸附/解吸3次后对水中的Cu²⁺仍有较高的吸附去除率，有望成为一种有前途的去除水相重金属污染物的吸附剂。

关键词: 海泡石, 表面改性, 吸附, 重金属离子

Abstract:

In order to recycle Cu²⁺ in wastewater， new fibrous sepiolite adsorbents were prepared by acid treatment and chemical modification methods. The effects of acid treatment and hexadecyltrimethoxysilane（HDTMS） modification on the surface properties of natural sepiolite （Sep） were investigated， and the adsorption behavior of the prepared sepiolite adsorbent（H-T-Sep） on Cu²⁺ in wastewater was explored. The physicochemical properties of the modified adsorbents were characterized and analyzed， and HDTMS was able to modify the hydrophobic properties of Sep while maintaining its original crystal structure. The results of static adsorption experiments showed that the adsorption process of H-T-Sep on Cu²⁺ in water was in accordance with the pseudo-second-order kinetic model and the Langmuir adsorption equation， indicating that the adsorption process was controlled by multiple behaviors. H-T-Sep showed good physical-chemical adsorption performance on Cu²⁺ in water， with fast adsorption rate， reaching adsorption equilibrium in 60 minutes and saturation adsorption amount up to 103.42 mg/g. The adsorption amount increased with the increase of the initial mass concentration of Cu²⁺， increased with the increase of solution pH， and the adsorption effect was best at pH 7. The results of desorption and regeneration experiments showed that the modified sepiolite material H-T-Sep had good regeneration performance and still had a high adsorption and removal rate of Cu²⁺ in water after three cycles of adsorption/desorption， which is expected to be a promising adsorbent for the removal of aqueous phase heavy metal pollutants.

Key words: sepiolite, surface modification, adsorption, heavy metal ion

中图分类号:

魏珊珊, 赵只增, 吴移海, 刘惠, 王力. 纤维状海泡石吸附剂对水中Cu²⁺的吸附行为研究[J]. 工业水处理, 2022, 42(8): 67-72.

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https://www.iwt.cn/CN/Y2022/V42/I8/67

图/表 10

图1 海泡石改性前后的TEM

Fig. 1 TEM of sepiolite before and after modification

图2 改性前后海泡石的FTIR谱图（a） Sep；（b） HSep；（c） H-T-Sep

Fig. 2 FTIR spectra of Sep， HSep and H-T-Sep

图3 Sep、HSep、H-T-Sep的Zeta电位

Fig. 3 Zeta potential of Sep，HSep and H-T-Sep

表1 Cu²⁺初始质量浓度对吸附量的影响

Table 1 Effect of initial concentration of Cu²⁺ on adsorption amount

Cu²⁺初始质量浓度/（mg·L^-1）	30	50	100	150	200	300
吸附量/（mg·g^-1）	25.19	40.12	60.47	79.54	92.72	103.42

图4 H-T-Sep对Cu²⁺的吸附等温线

Fig. 4 Adsorption isotherms of H-T-Sep on Cu²⁺

表2 吸附等温模型相关参数

Table 2 Parameters related to adsorption isotherm model

温度/℃	Langmuir方程					Freundlich方程
温度/℃	q _m/（mg·g^-1）	K _L/（L·mg^-1）	R _L	R ²	n	K _F/（mg·g^-1）·（L·mg^-1）^1/n	R ²
25	76.53	0.27	0.036~0.967	0.998 6	2.69	16.45	0.978 4

表3 吸附时间对Cu²⁺吸附量的影响

Table 3 Effect of contact time on the adsorption capacity of Cu²⁺

吸附时间/min	5	10	20	30	40	50	60	70
吸附量/（mg·g^-1）	13.85	16.6	18.7	20.08	21.23	22.38	22.45	22.5

图5 H-T-Sep对Cu²⁺的吸附动力学曲线

Fig. 5 Adsorption kinetic curves of H-T-Sep on Cu²⁺

表4 吸附动力学参数

Table 4 Parameters of adsorption kinetics

q _e，exp/（mg·g^-1）	准一级动力学模型			准二级动力学模型
q _e，exp/（mg·g^-1）	q _e，cal/（mg·g^-1）	k ₁/min^-1	R ²	q _e，cal/（mg·g^-1）	k ₂/（g·mg^-1·min^-1）	R ²
14.85	9.75	0.069 6	0.963 8	14.62	0.104 9	0.999 1

表5 pH对Cu²⁺吸附量的影响

Table 5 Effect of pH on the adsorption capacity of Cu²⁺

pH	3	4	5	6	7	8
吸附量/（mg·g^-1）	10.75	13.99	17.51	19.27	21.26	21.19

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