Page 205 - 《精细化工》2022年第1期
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第 1 期                  韦   宇，等:  铜渣基化学键合陶瓷材料吸附 Cr(Ⅵ)的性能及机理                               ·195·


            致癌、致突变等毒害作用，当富集到一定程度会使                             剂去除 Cr(Ⅵ)方面更是很少涉及。
                                            [3]
            人体生长受阻、发育停滞甚至死亡 。因此，重金                                 本文拟利用碱性激发剂激发铜渣（CS）活性制
            属 Cr(Ⅵ)污染对人类和环境造成了严重的威胁和危                          备铜渣基化学键合陶瓷材料（CSCBC），以此作为
            害，已成为全球关注的环境污染问题之一。                                吸附剂对废水中 Cr(Ⅵ)进行吸附处理，通过 NaOH
                 目前，Cr(Ⅵ)废水处理方法有吸附法、化学沉                        溶液作为解吸剂研究其循环利用性能，并采用
                                                        [4]
            淀法、离子交换法、氧化还原法和膜分离技术等 。                            XRD、FTIR、XPS、BET 和 SEM-EDS 等手段对吸
            相较于其他处理方法，吸附法具有设备简单、操作                             附过程进行探讨，为 CS 综合利用和含 Cr(Ⅵ)废水
            简便、成本低廉、易回收和可再生利用等优点，已                             处理提供一定的思路和理论依据，达到以废治污的
            在处理含 Cr(Ⅵ)工业废水中得到了广泛的应用和研                          目的。
              [5]
                          [6]
            究 。胡美世等 使用以铜渣为原料经碳热还原法制
            备的多孔硅酸盐负载型微纳米铁对废水中 Cr(Ⅵ)进                          1   实验部分
            行吸附处理，发现在微纳米铁用量为 1 g/L、废水温
                                                               1.1   试剂与仪器
            度为 27  ℃、初始 pH 为 3、Cr(Ⅵ)初始质量浓度为
                                                                   CS，云南某炼铜厂，经 80  ℃干燥 24 h 后用球
            10 mg/L 的条件下，反应 2.5 min 后即可 100%去除                 磨机粉磨 2 h 过 80 目筛制得 CS 粉末备用；NaOH、
                          [7]
            Cr(Ⅵ)。宋向荣 采用 Fe 3 O 4 和磷酸反应制备出的磷
                                                               K 2 Cr 2 O 7 、HCl，AR，天津市风船化学试剂科技有限
            酸铁化学键合陶瓷对 Cr(Ⅵ)进行吸附处理，发现在                          公司；水玻璃 Na 2 O•nSiO 2 （模数 n=3.2），工业级，
            溶液 pH<2 条件下，Cr(Ⅵ)吸附率均达 90%以上。上                     广州穗欣化工有限公司。
            述研究表明，铁系吸附剂对 Cr(Ⅵ)有显著去除作用，                             ND7-2L 型行星式球磨机，南京南大天尊电子有
            但存在制备工艺、原料成本高等不足。因此，寻找                             限公司；XRF-1800 型 X 射线荧光分析仪（XRF），
            低廉铁源和低成本制备方法是处理含 Cr(Ⅵ)废水技                          日本 Shimadzu 公司；722 型紫外-可见分光光度计，
            术发展的关键。铜渣是火法炼铜过程中产生的废渣，                            上海奥谱勒仪器有限公司；TTRⅢ型 X 射线衍射仪
            以生产 1 t 金属铜产生 2.5 t 铜渣计算，中国每年铜                     （XRD），日本 Rigaku 公司；Qunanta 200 型扫描电
                               7 [8-9]
            渣排放量远超 1.0×10  t        。其铁含量较高，约为 40%             子显微镜（SEM-EDS），美国 FEI 公司；TENSOR 27
            左右，主要以铁橄榄石（Fe 2 SiO 4 ）和磁铁矿（Fe 3 O 4 ）             型傅里叶变换红外光谱仪（FTIR），德国 Bruker 公
            的形式存在。含铁矿物已被证明是包括 Cr(Ⅵ)在内                          司；K-Alpha 型 X 射线光电子能谱仪（XPS），美国
            的多种污染物的有效还原剂              [10] 。另外，磁铁矿是一           Thermo Fisher Scientific 公司；Belsorp-max 型全自
            种磁性的混合价氧化铁，作为吸附剂用于去除污水中                            动比表面及孔隙度分析仪（BET），日本 Microtrac
            Cr(Ⅵ)已取得很好效果        [11] ，Cr(Ⅵ)不仅会静电吸附在            BEL 公司。
            带电的磁铁矿表面，还会与磁铁矿结构中的 Fe(Ⅱ)                          1.2   方法
            发生反应，还原成 Cr(Ⅲ)，然后嵌入磁铁矿结构的                              用 XRF 对 CS 进行化学组成分析，结果以质量
            八面体位置。但目前关于利用化学键合陶瓷材料                              分数表示见表 1。由表 1 可知，CS 主要化学组成为
            （CBC）去除废水中 Cr(Ⅵ)的研究甚少，尤其是利                         Fe 2 O 3 、SiO 2 、MgO、Al 2 O 3 等，其中 Fe 2 O 3 质量分
            用铜渣制备化学键合陶瓷材料（CSCBC）作为吸附                           数达 58.09%。

                                                  表 1   铜渣主要化学组成
                                           Table 1    Chemical composition of copper slag
                                            MgO              CaO     ZnO              K 2O     CuO     其他
                           Fe 2O 3  SiO 2           Al 2O 3                   SO 3
              质量分数/%       58.09   22.84    4.99     3.40    3.28    1.67     1.50    0.99     0.92    2.32

            1.2.1   铜渣基化学键合陶瓷吸附剂制备                             模，试样自然放置 28 d 并测试其抗压强度，高达
                 称取 100 g CS 、 8 g  Na 2 O•nSiO 2 （ n=1.6 ）    110 MPa。将压裂的 CSCBC 试块放入行星式球磨机
            〔Na 2 O•nSiO 2 （n=1.6）由 2.28 g NaOH 和 5.72 g 工     中进行破碎处理，之后用 18 目的标准筛进行筛分，
            业级 Na 2 O•nSiO 2 （n=3.2）溶液配制而成，掺量为                 过筛粒子用去离子水反复洗涤至滤液呈中性，最终
            8%（以 CS 质量为基准，下同）〕，加入 18 g 去离子                     将洗涤粒子在 60  ℃下干燥 48 h 作为吸附剂，备用。
            水（含量为 18%，以 CS 质量为基准，下同），搅拌                        1.2.2   吸附实验
            均匀后将混合料注入 20 mm×20 mm×20 mm 的六联                        将 K 2 Cr 2 O 7 在 120  ℃下干燥 2 h，待冷却至常温
            试模中，在振动台上振动成型，再用刮尺抹平，然                             后准确称取 2.8288 g，加去离子水配制成质量浓度为
            后装入自封袋置于 40  ℃的恒温干燥箱中 24 h 后脱                      1000 mg/L 的 Cr(Ⅵ)标准溶液。根据所需将其稀释为
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