Page 169 - 《精细化工》2021年第7期

第 7 期 雷增江，等: 铝污泥基复合凝胶球对 Cr(Ⅵ )的吸附性能与机理 ·1451·

工业化进程的不断推进，使得环境污染治理愈 甲基壳聚糖/海藻酸钠凝胶吸附材料吸附溶液中的
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发成为亟待解决的问题，电镀、电子、冶金、涂料 Cu ，最大吸附容量达 56.79 mg/g，吸附后可通过
等行业排放的废水中含有大量重金属离子，若未经 外加磁场达到固液分离，吸附剂重复利用 5 次后吸
处理直接排放到环境中会严重危害人体健康及水体 附率仍达 80%以上。王向鹏等 [16] 以海藻酸钠为原料，
[1]
安全等 。Cr 作为主要的重金属污染物，在水体环 乙二胺四乙酸二钠（EDTA）为添加剂制备改性多孔
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境中其价态通常为 Cr(Ⅲ)和 Cr(Ⅵ)，Cr(Ⅵ)主要的存 水凝胶材料，吸附溶液中的 Cu 、Cr 。结果表明，
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在形式为铬酸盐（CrO 4 ）和重铬酸盐（Cr 2 O 7 ） 。 海藻酸钠的加入提高了水凝胶的溶胀性能，EDTA
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Cr(Ⅵ)在水体中存在形式比较稳定，其毒性高于其 提高了水凝胶的吸附性能，对 Cu 、Cr 的最大吸
[3]
他价态，对人体的皮肤、肾脏、肝都有致癌作用 。 附量分别为 539.2、286.7 mg/g。
目前，去除 Cr 的技术中吸附法因经济环保、操作简 基于此，本文采用溶胶-凝胶法、冷冻干燥技术，
便而受到广泛关注。吸附法是利用具有较大比表面 以铝污泥作为基体，混合海藻酸钠、聚乙烯醇制备
积的吸附剂去除环境中的重金属污染物，而吸附剂 凝胶球吸附剂，探究凝胶球吸附剂对 Cr(Ⅵ)的吸附
的理化性质和表面基团会影响其对重金属的吸附性 机理和行为。为污泥基材料的成型和处理含 Cr(Ⅵ)
[4]
能 。吸附剂大多呈粉末态，如活性炭、生物炭等。 废水提供一定的理论依据。
但在实际工业应用中，如何安全高效地回收处于废
水环境中的粉末状吸附剂是值得考虑的问题。将其 1 实验部分
制备成凝胶球吸附剂，具有回收简便、吸附性能好
1.1 主要试剂与仪器
等优势，更利于去除水体中的 Cr(Ⅵ)。
铝污泥取自中国衡阳某自来水厂（含水率
铝污泥是以铝盐作为混凝剂在净水处理过程中
52.03%±2.21%，块状），元素质量百分比见表 1，金
产生的一种副产物，目前铝污泥处置方法主要是作
属含量丰富，铝以氧化物形式存在；聚乙烯醇、海
为废弃物进行填埋，会造成填埋场地的环境污染和
藻酸钠，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；重
土地资源的浪费，因此，铝污泥的资源化利用受到
铬酸钾，分析纯，北京化工厂；FeCl 3 、二苯碳酰二
广泛关注。其中，铝铁的高含量和黏土性质被认定 肼，分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司；无
[5]
为一种潜在的吸附剂 。同时铝污泥可作为一种良 水乙醇、氯化钠、硝酸钠、磷酸钠等均为国产市售
[6]
好的铝源，用于合成其他吸附材料 。由于水体中 分析纯。
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Al 浓度过高会对人类健康造成威胁，ZHAO 等 [7]

在中试规模下对铝污泥进行长时间渗出实验，得出 表 1 铝污泥各元素质量百分比
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Al 的渗出浓度均低于饮用水标准。由于铝污泥中 Table 1 Mass percent of each element in aluminum sludge
[8]
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含有除 Al 外的金属离子，MAQBOOL 等 对铝污 元素 质量百分比/% 元素 质量百分比/%
泥中的其他金属离子进行泄露实验，表明泄露出的 O 43.25 Ca 3.45
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Fe 、Al 、Pb 等金属离子浓度均在允许值范围内。 C 26.26 S 1.53
Si 9.86 Mg 1.52
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因此，不必担心铝污泥复合材料在使用过程中 Fe 、
Al 6.27 K 1.44
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Al 的释放。 Fe 5.12 Cl 1.30
海藻酸钠（SA）是一种可再生的天然多糖聚合
[9]
物，富含多种活性基团 。海藻酸钠的亲水性可以与 SCIENTZ-1.2N 型冷冻干燥机，宁波新芝生物
水溶液中的金属离子聚合形成稳定的水性凝胶球 [10] 。 科技有限公司；UV-2350 型紫外-可见分光光度计，
然而，由于单一海藻酸钠凝胶球力学性能较差、易 北京普析通用仪器有限公司；SN-MS-1D 型加热磁
膨胀，导致凝胶球分解，为改善海藻酸钠的溶胀性 力搅拌器，上海尚普仪器设备有限公司；JSM7500
和机械强度，可将其与有机物或氧化物复合 [11] 。聚 型扫描电子显微镜，日本 JEOL 公司；Nicolet 型红
乙烯醇（PVA）是一种高度亲水聚合物，用作提高 外光谱仪、ESCALAB250 型 X 射线光电子能谱仪，
凝胶材料的机械性能和化学性能，对有机物和无机 美国 Thermo Fisher 公司。
物等分散性较大的材料起到支撑作用 [12-13] 。有报道 1.2 实验过程
称，黏土的加入是提高聚乙烯醇凝胶稳定性的有效 1.2.1 吸附材料的制备
途径 [14] 。 通过正交预实验得出吸附剂的最佳制备条件，
目前，海藻酸钠系凝胶材料的三维网络结构、 具体步骤为：（1）铝污泥预处理。将铝污泥用去离
不溶于水等特性使其广泛用于重金属废水处理中。 子水洗涤表面杂质后，置于 105 ℃的鼓风干燥烘箱
ZHANG 等 [15] 利用滴定-凝胶法制备磁性膨润土/羧 烘干至质量恒定，取出研磨粉碎，过 100 目筛，得