摘要：硅藻土是一种硅质岩石，主要化学成分是二氧化硅，在我国储量丰富，由于它独特的理化性能，目前在社会生活中已经得到比较广泛的应用，实验表明用硅藻土处理污水的方法既简便又有效，而且成本低廉，但天然硅藻土吸附能力较差，必须经过改性处理。本文利用天然硅藻土为原料制备出改性硅藻土。用于吸附废水中的铜离子，实验结果表明：在一定范围内，升高吸附温度、硅藻土增加用量、使作用时间延长、调节酸碱度均可改善对铜离子的吸附效果。
关键词：硅藻土；吸附；铜离子；改性
水是地球的生命之源，是人类赖以生存和发展的重要的物质。然而，随着社会生产的发展，大量含重金属的有毒有害废水被随意排放，使不少江河湖泊都受到不同程度的重金属污染。在近几年，硅藻土的吸附能力得到越来越多的重视。其处理污水的方法既简便又有效而且成本低廉，基本没有二次污染，吸附后的硅藻土还可以再生，因此，研究利用其处理含重金属的废水具有可观的前景。天然硅藻土的主要成分是无定形二氧化硅，疏松多孔，这种微孔结构是硅藻土具有吸附能力的主要原因[1]，本实验采用天然硅藻土和改性硅藻土作为吸附原材料，对硅藻土在各种不同的条件下吸附铜离子的状况进行研究。
1.实验部分
1.1提纯
取200克优质长白山硅藻土原土，放入2000毫升的大烧杯中，加850毫升去离子水，搅拌溶解，放入超声波清洗器中处理十分钟，取出烧杯，静置一夜，吸出上层溶液进行离心，转速为4000转/分钟，离心五分钟，把下层固体用烘箱烘干，取出研磨成粉末，密封保存备用。
1.2 酸化
称取上面提纯烘干过的硅藻土30克于烧杯中，加入300毫升浓度为2摩尔/升的氯化氢溶液，搅拌均匀，用酒精灯加热沸腾，保持5小时，然后放到离心机中以转速为4000转/分钟，离心五分钟，用去离子水将所得固体部分多次洗涤，最后，将固体物质烘干，研磨成粉末，密封保存备用。
1.3改性处理
天然硅藻土对水中的重金属离子有着一定的吸附能力，但其吸附能力比较差，而且吸附效果受酸碱度的影响明显。所以，要提高天然硅藻土的吸附能力，必须经过改性处理。本实验采用烧碱进行改性，提高吸附能力。
改性步骤：在250毫升酸碱度为13的烧碱溶液中加入10克硅藻土，加热煮沸10小时，离心，用去离子水将所得样品多次洗涤直至溶液的酸碱度为7，取样品在烘箱中烘干，研磨，密封保存备用。
1.4吸附实验
用天平称取无水硫酸铜2.5克并溶解在1L蒸馏水中，玻璃棒搅拌溶解，得到铜离子浓度为1克/升，再用去离子水稀释20倍得到50毫克/升的硫酸铜溶液，作为含重金属废水。探究不同实验条件对吸附的影响
1.4.1 酸碱度对硅藻土吸附铜离子的影响
取铜离子+浓度为50毫克/升的溶液于带塞的锥形瓶中，调酸碱度为2，3，4，5，6，7，8共七个样本。吸附1小时
1.4.2 吸附作用时间对硅藻土吸附铜离子的影响
在25摄氏度、酸碱度=4、铜离子浓度50毫克/升、硅藻土用量为5克/升条件下，改变吸附时间对吸附铜离子的影响。时间设为0、10、20、30、40、50、60、70、80分钟共9个样本。
1.4.3 温度对硅藻土吸附铜离子的影响
在酸碱度=4、铜离子浓度50毫克/升、吸附时间为30分钟、硅藻土用量为5克/升条件下，试验吸附温度对铜离子的影响。从25摄氏度开始，每10摄氏度测一次，到85摄氏度为止，共7个样本。
1.4.4 硅藻土用量对吸附铜离子的影响
取铜离子浓度为50毫克/升的溶液，配制硅藻土的浓度分别为1、3、5、7、9、11、13、15克/升共八个样本。在25摄氏度、酸碱度=5、吸附时间为60分钟的条件下，进行硅藻土用量对铜离子吸附率的试验
以上所有样品均取上清液用电感耦合等离子体发射光谱仪测定残余铜离子浓度。
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2 结果与分析
2.1 溶液酸碱度对吸附效果的影响
在加入硅藻土之前，调节溶液酸碱度值在2.0–8.0范围内，固定铜离子初始浓度为50毫克/升，搅拌时间为两小时，在室温下进行实验。
在酸碱度<3.0时，吸附效果比较差，当溶液的酸碱度从3上升到5时，硅藻土对铜离子的吸附量增加较大。
当酸碱度值大于5以后，课件硅藻土对铜离子吸附容量快速上升，这是由于溶液的酸性减少，铜离子开始生成成氢氧化铜沉淀使吸附率升高，当酸碱度到达7时，溶液中的铜离子已完全沉淀。
从实验中发现，在酸碱度相同时，改性硅藻土对铜离子的吸附能力优于天然硅藻土。尤其是酸碱度为5时相差最大，而酸碱度大于5时，铜离子开始生成沉淀，所以确定5为最佳的酸碱度，接下来所有的吸附实验均在酸碱度为5的条件下进行。
2.2 时间对吸附能力的影响
铜离子溶液浓度50毫克/升、室温条件下、酸碱度为5.、硅藻土用量为5克/升条件下，改变吸附时间观察吸附能力的影响，在吸附时间为30分钟以前，硅藻土快速吸附铜离子，吸附量随时间的增加而增加，随后吸附速率逐渐减缓，40分钟以后就更加缓慢，基本呈一直线，据统计，大约有七成的铜离子在最初40分钟内被改性硅藻土去除，基本达到饱和状态，所以，硅藻土吸附铜离子的适宜时间为40分钟。天然硅藻土和改性硅藻土趋势基本一致，从实验中看出，改性硅藻土比天然硅藻土的性能要好。改性的硅藻土对铜离子的吸附量最高可达七成以上。
2.3 温度的高低对吸附效果的影响
在其它条件不变的情况下，考察溶液温度对吸附效果的影响，随着温度的升高，吸附剂对铜离子的吸附量也随着增加。直至溶液沸腾。
2.4 硅藻土用量对吸附效果的影响
在室温，酸碱度为5，铜离子浓度为50毫克/升、吸附时间60分钟的条件下，逐渐增加硅藻土的用量，开始随着硅藻土用量的增加，硅藻土对铜离子的去除率也随之快速增加，当硅藻土用量大于5克/升时，对铜离子的去除率增长放缓。
通过比较得知，在相同的用量下，改性硅藻土对铜离子的吸附量比天然硅藻土大，当硅藻土用量为5克/升时，改性硅藻土对铜离子的吸附量达七成以上。
3 结论
改性硅藻土和天然硅藻土都具有一定的吸附性，现总结如下：
第一，硅藻土对铜离子的吸附能力受溶液酸碱度值的影响，酸碱度是影响吸附效果的重要因素之一。在酸碱度<3的酸性条件下吸附较差，在酸碱度>5.0时，铜离子开始产生沉淀，因此，在酸碱度=5的弱酸性条件下研究硅藻土对铜离子吸附效果较好。此时，改性硅藻土对铜离子的吸附量可达八成。
第二，温度对硅藻土的吸附能力有一定的影响，随着溶液温度的升高，硅藻土对铜离子的吸附能力随之增强。
第三，时间对硅藻土吸附效果的影响，在实验半小时内，溶液中铜离子的去除率随时间的增长而急速上升，但是吸附半小时后，硅藻土对铜离子的吸附速率逐步放缓，去除率随时间的延长也不再出现明显的增大。
第四，在一定范围内，硅藻土用量越大，铜离子的去除率越高。
参考文献：
[1]王泽民，董德明，马小凡等.利用硅藻土复合净水剂处理造纸废水的研究[J].非金属矿，1997（3）：33.
[2]艾志敏.应用硅藻土处理污水的实验[J].云南环境科学，1999（1）：36.
[3]郑水林，王庆中.改性硅藻精土在污水处理中的应用[J].非金矿，2000（4）：36.
[4]杜玉成，张红.某低品位硅藻土提纯及作为污水处理的改性研究[J].非金属矿，2001（1）：44.
[5]于乾，包亚芳.硅藻土在污水处理中的应用[J].中国矿业，2002，11（2）：33.
论文作者:薛丽君
论文发表刊物:《基层建设》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/7
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