改性含铝废渣对水中重金属镍的吸附行为

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-1219

改性含铝废渣对水中重金属镍的吸附行为

韩晓刚^,¹^,², 穆金鑫², 蔡建刚¹, 顾玲玲¹, 张淳之³, 陆永生^,³

1.常州清流环保科技有限公司，江苏常州 213144

2.常州大学环境科学与工程学院，江苏常州 213164

3.上海大学环境与化学工程学院，上海 200444

Adsorption behavior of modified aluminum containing waste residue for nickel ion in water

HAN Xiaogang^,¹^,², MU Jinxin², CAI Jiangang¹, GU Lingling¹, ZHANG Chunzhi³, LU Yongsheng^,³

1.Changzhou Qingliu Environmental Protection Technology Co. ，Ltd. ，Changzhou 213144，China

2.School of Environmental Science and Engineering，Changzhou University，Changzhou 213164，China

3.School of Environmental and Chemical Engineering，Shanghai University，Shanghai 200444，China

收稿日期: 2022-07-05

基金资助:

常州市科技支撑项目. CE20195020

Received: 2022-07-05

作者简介 About authors

韩晓刚（1983—），高级工程师，博士E-mail：237414866@qq.com , E-mail：237414866@qq.com

陆永生，副教授，博士E-mail：luys7174@shu.edu.cn , E-mail：luys7174@shu.edu.cn

摘要

采用Ca（OH）₂对含铝废渣（RAS）进行改性，制备改性含铝废渣（MAS），考察MAS对重金属镍的吸附效果，并利用FT-IR、比表面积分析仪、SEM、XRF等对MAS的结构、形貌进行表征。结果表明：经Ca（OH）₂改性制备的MAS对Ni²⁺的去除效果优于其他吸附材料；在25 ℃时，当MAS投加量为1.0 g、Ni²⁺初始质量浓度为40 mg/L、pH=5、吸附时间为40 min时，MAS对Ni²⁺的平衡吸附量为3.983 mg/g，Ni²⁺去除率为99.65%，达到《铜、镍、钴工业污染物排放标准》（GB 25467—2010）的排放要求（总镍<0.5 mg/L）。MAS对Ni²⁺的吸附符合二级动力学规律和Langmuir等温吸附模型。Weber-Morris内扩散模型说明，MAS对Ni²⁺的吸附是由膜扩散和内扩散共同控制的。改性后的MAS相较于RAS颗粒更细、比表面积更大、孔径分布更广，对Ni²⁺的吸附作用更强。MAS对Ni²⁺的吸附是物理吸附和化学吸附复合作用的过程，MAS对Ni²⁺的去除还存在共沉淀、络合和离子交换作用。

关键词： 碱改性 ; 氢氧化钙 ; 含铝废渣 ; 镍 ; 吸附 ; 重金属废水

Abstract

Modified aluminum slag（MAS） was prepared by modifying raw aluminum slag（RAS） with Ca（OH）₂. Its adsorption effect on heavy metal nickel was investigated，and its structure and morphology were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy，specific surface area analyzer，scanning electron microscope，X-ray fluorescence spectroscopy，etc. The results showed that the removal effect of MAS modified by Ca（OH）₂ on Ni²⁺ was better than that of other adsorption materials. Under the condition of 25 ℃，MAS dosage 1.0 g，the initial mass concentration of Ni²⁺ 40 mg/L，pH=5，and the adsorption time 40 min，the equilibrium adsorption capacity was 3.983 mg/g，and the Ni²⁺ removal rate was 99.65%，meeting the emission requirements of the Emission Standard of Industrial Pollutants of Copper，Nickel and Cobalt（GB 25467—2010）（total nickel <0.5 mg/L）. The adsorption trend of Ni²⁺ on MAS conformed to the second-order kinetic law and Langmuir isothermal adsorption model. Weber-Morris internal diffusion model showed that the adsorption rate of MAS on Ni²⁺ was a process of mutual control between membrane diffusion and internal diffusion. Compared with RAS，MAS had finer particles，larger specific surface area，wider pore size distribution and stronger adsorption on Ni²⁺. The adsorption of Ni²⁺ by MAS was a composite process of physical adsorption and chemical adsorption. The removal of Ni²⁺ by MAS also had co-precipitation，complexation and ion exchange.

Keywords： alkali modification ; Ca（OH）₂ ; aluminum containing waste residue ; nickel ; adsorption ; heavy metal wastewater

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本文引用格式

韩晓刚, 穆金鑫, 蔡建刚, 顾玲玲, 张淳之, 陆永生. 改性含铝废渣对水中重金属镍的吸附行为. 工业水处理[J], 2022, 42(10): 146-153 doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-1219

HAN Xiaogang. Adsorption behavior of modified aluminum containing waste residue for nickel ion in water. Industrial Water Treatment[J], 2022, 42(10): 146-153 doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-1219

随着矿物加工、冶金、电镀行业的快速发展，镍被大量使用，由此产生大量含镍废水。若含镍废水得不到及时处理，将对环境、动植物和人类造成严重危害。在含重金属的工业废水中，镍是较难修复的离子之一^〔1〕，目前常用的处理方法主要有化学沉淀法^〔2〕、吸附法^〔3〕、离子交换法^〔4〕、电解法^〔5〕等。

含铝废渣（RAS）作为聚氯化铝生产过程中产生的废物，主要成分为Al₂O₃、CaCl₂、Fe₂O₃、TiO₂及少量的SiO₂等^〔6〕。RAS的传统处理方式多为填埋法，但长时间堆放会导致残留的Ca²⁺、Mg²⁺等金属离子在土壤中富集，经过雨水冲刷后流入河流、小溪等水体，从而对动植物、人体造成损害，对自然环境造成严重危害^〔7〕。

目前，很多研究致力于对RAS进行处理处置并实现资源化利用。韩晓刚等^〔8〕以聚氯化铝生产压滤残渣为原料制备了水化氯铝酸钙，其对Cr（Ⅵ）的最大吸附量为3.29 mg/g；张亚峰等^〔9〕利用废玻璃/铝渣制备沸石，在沸石投加量为20 g/L、初始pH=6~8、振荡频率为150 r/min、接触时间为60 min时，沸石对Ca²⁺的吸附量约为16 mg/g。刘晓红等^〔10〕选用含铝废渣制备聚硅酸铝铁絮凝剂并用于处理造纸废水，当絮凝剂投加量为400 mg/L时，造纸废水脱色率为92%，COD去除率为68%。Hao ZHANG等^〔11〕将含铝废渣作为新型骨架助剂并联合Fenton试剂处理污泥，与原始污泥的致密结构相比，处理后的污泥呈现多孔结构，有效地提高了污泥的脱水性能。然而，大部分研究集中在将RAS中的铝元素重新溶出和再次利用，使用的方法性价比较低，设备投资费用不菲^〔12〕。因此，充分利用生产残渣自身组分的物理化学特性制备新型材料，真正实现废渣的“资源化”，对解决行业困境和促进产业发展具有重要意义。

本研究通过对RAS进行原位处理制备改性含铝废渣（MAS），并以MAS为吸附材料研究其对含镍废水中镍的吸附性能，探讨吸附机理，以期为含镍废水的有效处理提供参考。

1 实验部分

1.1 实验原料

实验用RAS取自常州清流环保科技有限公司。实验用化学试剂主要有硫酸镍、硫酸、氢氧化钠、氧化钙等，均为分析纯。

镍标准溶液配制：称取4.48 g硫酸镍（NiSO₄·6H₂O）溶于水，移入1 000 mL容量瓶中，稀释至刻度，此时Ni²⁺标准溶液的质量浓度为1 g/L。后续实验所用Ni²⁺溶液在此标准溶液基础上进行稀释。

1.2 MAS的制备

称取50 g RAS置于500 mL烧杯中，加入200 mL去离子水；将烧杯放置在磁力搅拌器上，边搅拌边滴加饱和石灰水，连续监测溶液pH，直至pH=11时停止滴加；将溶液用布氏漏斗抽滤，用去离子水将滤渣洗至中性，然后在105 ℃烘箱中烘干，研磨后，经150 μm振动筛筛分，即得MAS。

1.3 MAS吸附Ni²⁺实验

采用静态吸附实验考察pH、MAS投加量和Ni²⁺初始质量浓度对MAS吸附Ni²⁺效果的影响。在100 mL一定质量浓度的Ni²⁺溶液中加入一定质量的吸附材料，利用稀硫酸和0.5 mol/L氢氧化钠调节pH，在25 ℃水浴中振荡一定时间后，取上清液测定溶液中剩余Ni²⁺的质量浓度，计算MAS对Ni²⁺的吸附量及Ni²⁺去除率。

吸附动力学：取100 mL质量浓度为100 mg/L的Ni²⁺溶液，调节pH=5，加入1.0 g MAS，在25 ℃水浴中分别振荡5、10、20、30、40、60、90 min后，取上清液分析溶液中剩余Ni²⁺质量浓度，并计算MAS对Ni²⁺的吸附量。

吸附热力学：取100 mL质量浓度分别为100、150、200、250、300 mg/L的Ni²⁺溶液，调节pH=5，分别加入1.0 g MAS，在25 ℃水浴中振荡吸附90 min后，分析溶液中剩余Ni²⁺质量浓度并计算吸附量。

1.4 测定方法

按照《水质镍的测定丁二酮肟分光光度法》（GB 11910—1989）中规定的实验方法测定上清液的吸光度A，并通过标准曲线C_t =10.013 61A+0.087 4计算溶液中剩余Ni²⁺的质量浓度C_t，利用式（1）计算Ni²⁺残留率η。

η = \frac{C_{t}}{C_{0}}

（1）

式中，η——溶液中Ni²⁺残留率，%；

C₀、C_t ——分别为吸附前后溶液中Ni²⁺质量浓度，mg/L。

1.5 材料表征

利用扫描电镜（S4800，株式会社日立制作所）、比表面积分析仪（ASAP2460，麦克默瑞提克仪器有限公司）、X射线衍射仪（D/max2500，日本理学电机株式会社）、X射线荧光光谱仪（XRF-1800，日本SHIMADZU LIMITED）等对RAS和MAS的结构、形貌进行表征。

2 结果与讨论

2.1 影响MAS吸附Ni²⁺性能的因素

2.1.1 MAS投加量

取100 mL质量浓度为40 mg/L的模拟含Ni²⁺废水，调节溶液pH=5，分别投加0.1、0.3、0.5、1.0、3.0、5.0 g MAS，在温度为25 ℃条件下反应90 min，在相应时间点测定溶液中剩余Ni²⁺质量浓度。此外，在相同实验条件下，投加1.0 g RAS作为对比实验。不同MAS投加量对Ni²⁺去除效果的影响见图1。

图1

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图1 不同MAS投加量对Ni²⁺去除效果的影响

Fig. 1 Effect of different MAS dosage on Ni²⁺ removal

从图1可以看出，随MAS投加量的增加，MAS对Ni²⁺的吸附效果越好，平衡时Ni²⁺去除率越高；而RAS对Ni²⁺的最大去除率只有4%。当MAS投加量为0.1 g，吸附90 min后Ni²⁺去除率仅为34.27%；当MAS投加量≥3.0 g，反应5 min后Ni²⁺去除率接近100%，即MAS可将溶液中的Ni²⁺全部吸附。从经济角度考虑，当MAS投加量为1.0 g时，虽然其对Ni²⁺的吸附趋势在前20 min没有MAS投加量≥3.0 g时变化快，但后60 min的C_t /C₀曲线与MAS投加量≥3.0 g时的曲线基本重合，且反应40 min后Ni²⁺去除率为99.65%，已达到《铜、镍、钴工业污染物排放标准》（GB 25467—2010）的要求（总镍<0.5 mg/L）。后续的单因素实验中MAS投加量均选择1.0 g。

2.1.2 pH

取100 mL质量浓度为40 mg/L的含Ni²⁺废水，MAS投加量为1.0 g，分别调节溶液初始pH为3、4、5、7和8，在温度为25 ℃条件下反应90 min，在相应时间点取样测定溶液中剩余Ni²⁺质量浓度。不同pH对Ni²⁺去除效果的影响见图2。

图2

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图2 不同初始pH对Ni²⁺去除效果的影响

Fig. 2 Effect of different initial pH on Ni²⁺ removal

从图2可以看出，在相同时间内，pH越高，MAS对Ni²⁺的去除性能越好；实验中还观察到pH=8时溶液中出现白色絮状物。原因可能是：（1）极酸环境中，大量H⁺与溶液中Ni²⁺竞争MAS上的离子交换位点，致使pH=3时反应初期的Ni²⁺去除率远低于其他pH条件，但随pH升高，溶液中H⁺含量逐渐减少，Ni²⁺去除效果逐渐变好^〔13〕；（2）随pH升高，溶液中OH^-含量增大，大量Ni²⁺形成沉淀，Ni²⁺的去除不再是单纯的吸附作用^〔14〕。从图2可以看出，反应40 min时，pH=5与pH=7、8的曲线已经重合，因此实验最佳pH为5。

2.1.3 Ni²⁺初始浓度

取100 mL质量浓度分别为20、40、100、150、200 mg/L的含Ni²⁺废水，调节溶液pH=5，MAS投加量为1.0 g，在温度为25 ℃条件下反应90 min，在相应时间点取样测定溶液中剩余Ni²⁺质量浓度。不同Ni²⁺初始浓度下，MAS对Ni²⁺的吸附性能见图3。

图3

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图3 Ni²⁺初始质量浓度对MAS去除Ni²⁺效果的影响

Fig. 3 Effect of initial mass concentration of Ni²⁺ on removal of Ni²⁺ by MAS

从图3可以看出，随着Ni²⁺初始质量浓度的增加，MAS对Ni²⁺的去除性能变差。当Ni²⁺质量浓度为20 mg/L时，反应5 min内水体中已检测不出Ni²⁺；当Ni²⁺质量浓度为200 mg/L时，反应90 min后Ni²⁺去除率为82.47%。这主要是因为随着溶液中Ni²⁺质量浓度升高，MAS提供的活性位点逐渐趋于饱和，已经不足以吸附过量的Ni²⁺。

2.2 吸附动力学分析

不同吸附时间下，MAS对水体中Ni²⁺的吸附量变化曲线见图4。吸附前期，随时间的延长，MAS对Ni²⁺的吸附量不断增大；40 min后吸附量基本趋于稳定，平衡吸附量为3.983 mg/g。

图4

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图4 不同时间下MAS对Ni²⁺的吸附效果

Fig. 4 Adsorption effect of Ni²⁺ on MAS at different times

利用一级吸附动力学方程〔式（2）〕和二级吸附动力学方程〔式（3）〕^〔15〕对图4数据进行拟合，拟合参数见表1。

一级吸附动力学方程：

l g (q_{e} - q_{t}) = l g q_{e} - \frac{k_{1}}{2.303} t

（2）

二级吸附动力学方程：

\frac{t}{q {}_{t}} = \frac{1}{k_{2} q_{e}^{2}} + \frac{1}{q_{e}} t

（3）

式中：q_e 和q_t ——平衡时和t时刻的吸附量，mg/g；

k₁——一级吸附速率常数，min^-1；

k₂——二级吸附速率常数，g/（mg·min）。

表1 MAS吸附Ni²⁺的动力学模型参数

Table 1 Kinetic model parameters of Ni²⁺ adsorbed by MAS

吸附剂	q_e/（mg·g^-1）	一级动力学			二级动力学
吸附剂	q_e/（mg·g^-1）	k₁/min^-1	q_e，c/（mg·g^-1）	R²	k₂/（g·mg^-1·min^-1）	q_e，c/（mg·g^-1）	R²
MAS	3.983	0.275	3.491	0.988	0.170	4.071	0.999

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由表1可知，MAS对Ni²⁺的吸附更符合二级动力学模型，说明吸附剂与吸附质之间涉及电子共用或电子转移^〔15〕。

不同吸附材料对Ni²⁺的吸附性能见表2。从表2可以看出，本研究通过碱改性方法制备的MAS对Ni²⁺的去除效果优于其他材料。

表2 不同材料对Ni²⁺的吸附性能对比

Table 2 Comparison of Ni²⁺ adsorption performance of different materials

吸附剂	投加量/（g·L^-1）	反应时间/h	Ni²⁺初始质量浓度/（mg·L^-1）	Ni²⁺最大吸附量/（mg·g^-1）	参考文献
活性炭	2	3.00	4	0.380	〔16〕
磁改性海泡石	10	2.00	50	2.950	〔17〕
盐酸改性海泡石	10	1.50	50	2.400	〔18〕
天然沸石	60	0.42	119.27	1.520	〔19〕
碱改性污泥陶粒	28	3.00	10	0.370	〔20〕
碱改性铝渣MAS	10	1.00	40	3.983	本研究

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2.3 MAS对Ni²⁺的内扩散过程分析

Weber-Morris内扩散模型见式（4）^〔21〕：

q_{t} = K t^{0.5} + b

（4）

式中：q_t——t时刻时吸附剂的吸附量，mg/g；

K——Weber-Morris内扩散方程速率常数，mg/（g·min^0.5）；

b——与边界层厚度有关的常数，mg/g；

t——吸附时间，min。

将图4中的动力学数据用式（4）进行分段拟合，结果见图5和表3。

图5

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图5 MAS吸附Ni²⁺的Weber-Morris内扩散模型

Fig. 5 Weber-Morris internal diffusion model for the adsorption of Ni²⁺ on MAS

表3 MAS吸附Ni²⁺的动力学特性参数

Table 3 Kinetic characteristic parameters for the adsorption of Ni²⁺ on MAS

Weber-Morris内扩散模型参数	K₁/（mg·g^-1·min^-0.5）	K₂/（mg·g^-1·min^-0.5）	K₃/（mg·g^-1·min^-0.5）
拟合数值	0.943	0.837	0.002

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由图5可知，MAS对Ni²⁺的吸附可分为3个过程，分别是膜扩散过程（K₁）、内扩散过程（K₂）和吸附平衡过程（K₃）。首先，Ni²⁺通过MAS吸附剂表面附着的流体介膜从液相扩散至吸附剂外表面；之后，外表面的Ni²⁺通过吸附剂内的孔道进入吸附剂内表面；最后，Ni²⁺到达吸附剂内表面的吸附位点，快速达到吸附平衡状态。由表3中K₁>K₂>K₃可知，膜扩散过程（K₁）吸附速率最快，原因是MAS对Ni²⁺的初期吸附过程为表面吸附，改性后的MAS表面更粗糙、比表面积更大，表面可与Ni²⁺结合的羟基等基团更多；内扩散过程（K₂）中，由于受到吸附剂内部孔道的阻碍，Ni²⁺扩散阻力增大，且可与Ni²⁺结合的羟基等基团被逐渐占据，吸附速率变慢；吸附平衡过程（K₃）中，K₃接近于0，吸附速率基本保持平缓状态。此外，K₂过程的方程曲线未过原点，MAS对Ni²⁺的吸附速率由膜扩散和内扩散共同控制。

2.4 吸附等温线

25 ℃下MAS对Ni²⁺的吸附等温线见图6。

图6

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图6 MAS对Ni²⁺的吸附等温线

Fig. 6 Isothermal adsorption of Ni²⁺ by MAS

利用Langmuir〔式（4）〕和Freundlich等温吸附模型〔式（5）〕^〔22-23〕对图6数据进行拟合，结果见表4。

\frac{1}{q_{e}} = \frac{1}{Q_{0}} + (\frac{1}{b Q_{0}}) (\frac{1}{C_{e}})

（4）

l g q_{e} = l g K + \frac{1}{n} l g C_{e}

（5）

式中：q_e——平衡吸附量，mg/g；

C_e——平衡时溶液中剩余吸附质的质量浓度，mg/L；

Q₀——构成单分子层吸附时的最大吸附量，mg/g；

b——常数，L/mg；

K——等温吸附常数，L/g；

n——与温度等因素有关的常数。

表4 MAS吸附Ni²⁺的等温式参数

Table 4 Isothermal adsorption parameters of Ni²⁺ by MAS

吸附剂	Langmuir			Freundlich
吸附剂	Q₀/（mg·g^-1）	b/（L·mg^-1）	R²	K/（L·g^-1）	n	R²
MAS	17.94	0.694	0.934	9.384	6.13	0.917

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由表4可知，MAS对Ni²⁺的吸附更符合Langmuir等温吸附模型，属于单层吸附，最大吸附量Q₀为17.94 mg/g。

2.5 MAS表征分析

2.5.1 FT-IR分析

对Ca（OH）₂、吸附Ni²⁺前后的RAS和MAS用红外光谱进行表征，结果见图7。图中BR表示吸附前、AR表示吸附后。

图7

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图7 Ca（OH）₂和吸附前后的RAS、MAS的FT-IR

Fig. 7 FT-IR patterns of Ca（OH）₂，RAS and MAS before and after adsorption

从图7可以看出，3 640 cm^-1附近吸收带为钙氧化物中Ca—OH的伸缩振动，1 460 cm^-1附近吸收带为—OH的弯曲振动，1 010 cm^-1附近吸收带为Si—O—Fe或Si—O—Al的伸缩振动，529 cm^-1附近吸收带为Al—O、Fe—O的伸缩振动，402 cm^-1附近吸收带为Al—O、Fe—O的反伸缩振动^{〔10，24〕}。对比RAS（BR）和MAS（BR）的FT-IR可看出，采用Ca（OH）₂对原铝渣（RAS）改性，由于Ca（OH）₂用量少，改性后的MAS并未改变铝渣的主要官能团。从RAS（BR/AR）和MAS（BR/AR）的FT-IR中可看出，由于吸附剂处理的Ni²⁺初始浓度不高，吸附后RAS（AR）和MAS（AR）的吸收峰并未发生较大改变，仅529 cm^-1附近的吸收带较之前略窄，杂峰略多些。

2.5.2 XRF分析

利用XRF对RAS、吸附前后的MAS进行分析，结果见图8。

图8

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图8 RAS、吸附前后MAS的元素组成及物质组成

Fig. 8 Elemental and material composition of RAS，MAS before and after adsorption

由图8可知，由于Ca（OH）₂的引入，MAS（BR）的Ca、O元素以及CaO的质量分数与RAS相比有所升高。MAS处理含Ni²⁺废水后，MAS（AR）中Ni元素和NiO的质量分数相比MAS（BR）有所升高，但由于初始Ni²⁺浓度较低，二者的质量分数上升量分别仅为0.21%和0.20%左右。MAS中的—OH在一定程度上会与废水中的Ni²⁺发生络合反应，导致MAS（BR）中O元素质量分数比MAS（AR）略高一些；MAS中Ca²⁺与水中Ni²⁺可能存在离子交换作用，使得MAS（AR）中Ca和CaO质量分数比MAS（BR）有所下降^〔25〕。另外，MAS（BR）表面的Si会与溶液中的Ni²⁺反应，形成Ni、Si共沉淀^〔26〕，导致MAS（AR）中的Si和Ni质量分数都有所升高。

2.5.3 比表面积及孔隙度分析

RAS和MAS的吸附-脱附等温曲线均符合典型的Ⅳ型等温线特征。RAS和MAS的比表面积和孔径特性见表4。

表4 RAS和MAS的比表面积和孔径特性

Table 4 Specific surface and pore size characteristics of RAS and MAS

材料	比表面积/（m²·g^-1）	孔径/nm	孔容/（cm³·g^-1）
RAS	4.182 0	10.111 3	0.009 529
MAS	17.870 8	8.690 8	0.046 745

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由表4可知，RAS和MAS的孔容分别为0.009 529 cm³/g和0.046 745 cm³/g。改性后MAS的比表面积由RAS的4.182 0 m²/g增长到17.870 8 m²/g，MAS具有更多的吸附位点。Ni²⁺的水合半径为0.430 nm，而MAS的孔径为8.690 8 nm，Ni²⁺可更好地进入MAS孔道内被吸附。MAS比表面积的增大和较大的孔径大幅提高了其对Ni²⁺的吸附去除效果。

2.5.4 扫描电子显微镜

图9为吸附Ni²⁺前RAS和MAS的SEM图。

图9

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图9 RAS（a）和MAS（b）的SEM

Fig. 9 SEM patterns of RAS（a） and MAS（b）

由图9可知，RAS微粒表面较粗糙，颗粒间有一定空隙。而MAS表现出更粗糙的表面和更疏松的空隙结构，原因是MAS经过Ca（OH）₂改性后，部分Ca（OH）₂进入铝渣内部，铝渣原有的形貌发生改变，使原团聚体分散。该结构不仅有利于MAS在水体的分散，还有利于Ni²⁺进入吸附剂内表面，到达吸附位点。此外，MAS较RAS颗粒更细，比表面积更大，对Ni²⁺的吸附作用更强。因此，MAS的微观结构对改善Ni²⁺的去除效果有一定的强化作用。

2.6 吸附机理

综合FT-IR、XRF、BET和SEM表征分析，MAS对Ni²⁺的吸附作用包含物理吸附和化学吸附。MAS空隙疏松、比表面积大、孔径分布广，且含有大量铝氧键和硅氧键，具有很强的物理吸附性能。物理吸附主要依靠分子间范德华力作用，MAS还可与Ni²⁺通过离子偶极作用产生吸附^〔27〕。在一定程度上，MAS对Ni²⁺的去除还存在共沉淀、络合反应和离子交换作用，MAS表面溶出的Si会与Ni发生共沉淀作用；MAS中的—OH会与Ni²⁺发生络合反应；MAS中的Ca²⁺还会与Ni²⁺发生离子交换作用^〔28〕。

3 结论

（1）使用Ca（OH）₂对含铝废渣改性制得的MAS对Ni²⁺有较好的去除效果。当MAS投加量为1 g、Ni²⁺初始质量浓度为40 mg/L、pH=5、温度为25 ℃、吸附时间40 min时，Ni²⁺去除率为99.65%，达到GB 25467—2010的要求。

（2）MAS对Ni²⁺的吸附行为符合二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型。

（3）MAS孔径远大于Ni²⁺的水合半径，Ni²⁺能更好地进入MAS孔道内被吸附，且MAS表面更粗糙、孔隙结构更疏松、比表面积更大，从而提高了对Ni²⁺的吸附性能。MAS对Ni²⁺的吸附是物理吸附和化学吸附复合作用的过程，MAS对Ni²⁺的去除还存在共沉淀、络合和离子交换作用。

参考文献

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文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

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