Page 198 - 《精细化工》2023年第12期
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·2740·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 40 卷

                                                       [5]
            铅、铜、锌是工业废水中常见的几种金属元素 。                             橙、NaOH、浓盐酸（质量分数 38%）等均为国产
                                                   2+
            铜、铅、锌 3 种重金属均以阳离子形式（Pb 、Cu                   2+    市售分析纯。
                 2+
            和 Zn ）稳定存在于废水中且难以降解和代谢，易                               UV/V-16/18 型紫外-可见分光光度计，上海美谱
            对人体中枢神经、肝脏、肾脏等器官造成危害                      [6-7] ，  达仪器有限公司；Aglient 5110 型电感耦合等离子
            同时污染水体、土壤对生态系统造成破坏                     [8-11] 。由   谱仪（ICP），美国 Aglient 科技公司；Ultma  Ⅳ型
            于重金属元素的高毒性及生物累积性使重金属污染                             X 射线衍射仪（XRD），日本 Rigaku 公司；TENSOR
            治理受到广泛关注。                                          27 型傅里叶变换红外光谱仪（FTIR），德国 Bruker
                 目前，对水体重金属污染进行有效去除的方法                          公司；Sigma 300 型扫描电子显微镜（SEM），德国
            主要有离子交换法         [12-13] 、化学沉淀法   [14] 、电解法、       ZEISS 公司；ASAP 2460 型比表面积与孔隙度分析仪
            生物修复法      [15-16] 、吸附法、膜分离法等       [19] 。吸附法      （BET），美国 Micromertitics 仪器公司；7404 型磁滞
            因其制备成本低、操作简单、吸附剂来源广泛、可                             回线测试仪（VSM），美国 Lakeshore 公司；K-Alpha
            再生等优点得到广泛利用            [20] 。近年来，有学者利用             型 X 射线光电子能谱仪（XPS），美国 Thermo Fisher
            沸石材料的多孔性对重金属进行吸附处理，但天然                             Scientific 公司。
            沸石吸附性能差，吸附剂分离困难；而改性沸石材                                          表 1  CS 主要化学组成
            料制备过程耗时较长，制备成本高                 [21-23] 。因此，提            Table 1  Main chemical composition of CS
            高沸石吸附能力、优化沸石制备方法是目前研究的                                组成      Fe 2O 3 SiO 2 Al 2O 3 CaO   SO 3 MgO  其他
            重点。铜渣（CS）是冶炼铜合金过程中形成的固体                             质量分数/%    55.72 32.24  5.17  2.20  2.53  1.26  0.88
            废渣，每生产 1 t 铜约产生 2.2 t 铜渣，中国每年约
            产生 1500 万 t 以上铜渣      [24-25] 。目前，铜渣的资源化           1.2   铜渣铁基类沸石地质聚合物吸附剂制备
                                                                   将铜渣用去离子水洗涤去除杂质后，置于 60
            利用主要集中于有价金属回收、建筑材料掺合料等
                                                               ℃鼓风干燥箱中烘干至质量恒定，取出研磨过 325
            方面，总体利用率较低，大部分仍为堆存处理，占
            用大量土地同时造成环境污染              [26] 。铜渣中含有大量           目筛，得到铜渣粉末，密封待用。称取 20 g 工业水
                                                               玻璃，加入 30.5 mL 浓度为 4 mol/L NaOH 溶液配制
            硅酸亚铁，经碱活化后具有胶凝性质，硅酸盐凝胶
                                                               水玻璃模数（SiO 2 与 Na 2 O 物质的量比）为 1 的碱
            与沸石前体凝胶十分相似，可作为类沸石材料代替
                                                               液，碱液中加入 10 g 铜渣，80 ℃油浴加热搅拌反应
            沸石对重金属进行吸附处理；此外，铜渣中还含有
                                                               5 h 后转移至 80  ℃恒温水浴 3 h 得混合产物。将所
            大量磁铁矿，制备产物具有磁性，便于吸附剂的分
                                                               得混合物以 8000 r/min 离心收集固体产物，去离子
            离回收。
                                                               洗涤至中性，在 60  ℃下干燥 24 h 后得到铜渣铁基
                 基于此，本研究利用碱活化铜渣制备铁基类沸
                                                       2+
                                                 2+
            石地质聚合物作为吸附剂，探讨其对 Pb 、Cu 、                          类沸石地质聚合物（F 3 O 4 @GM）。
               2+
            Zn 的吸附性能及其影响因素。此研究将废水中的                                铜渣中含有少量铜、锌、铅、砷重金属，为评
                                                               价 F 3 O 4 @GM 作为吸附剂在使用过程的安全性能，
            重金属去除，扩大了沸石吸附体系，提供了一种将
                                                               借鉴 HJ/T 299—2007《固体废物  浸出毒性浸出方法
            废水中的重金属去除的简单、有效、便于回收的方
                                                               硫酸硝酸法》收集不同 pH 下 F 3 O 4 @GM 的浸出液，
            法，扩展了铜渣综合利用途径，达到了以废治污的
                                                               利用 ICP 测定浸出液中离子质量浓度，结果如表 2
            目的。
                                                               所示。由表 2 可知，不同 pH 下重金属离子浸出质
            1   实验部分                                           量浓度均较低，远低于危险固废毒性浸出标准，说明
                                                               F 3O 4@GM 在吸附过程中本身重金属离子质量浓度浸
            1.1   原料、试剂与仪器                                     出较低，具有一定稳定性，使用过程中无安全隐患。
                 铜渣，取自云南某炼铜厂，其化学组成见表 1。
            从表 1 可知，铜渣主要由 Fe 2 O 3 、SiO 2 、Al 2 O 3 、CaO         表 2  F 3 O 4 @GM 在不同 pH 下重金属浸出质量浓度
                                                               Table 2    Leaching mass concentration of heavy metals in
            等组成，其中 Fe 2 O 3 质量分数为 55.72%，SiO 2 质量                      F 3 O 4 @GM at different pH
            分数为 32.24%；工业水玻璃，广州穗欣化工有限公                            pH   ρ(As)/(mg/L) ρ(Pb)/(mg/L) ρ(Cu)/(mg/L) ρ(Zn)/(mg/L)
            司，Na 2 O 和 SiO 2 质量分数分别为 8.2%、26.0%，                   1      0.03      0.15    0.29      0.75
            模数（ SiO 2 与 Na 2 O 物质的量比）为 3.2 ；                       3      0.05       0      0.20      0.15
            CuSO 4 •5H 2 O、PbNO 3 、ZnSO 4 ，分析纯，上海阿拉                5      0.05       0      0         0.13
                                                   2+
                                             2+
            丁生化科技股份有限公司，作为 Cu 、Pb 、Zn                    2+        6      0.06       0      0         0.09
            来源；二乙基二硫代氨基甲酸钠三水合物、二甲酚                                 9      0.05       0      0         0.08
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