1、1研究课题名称：海泡石吸附硼的影响因素研究学科类别：化学、环境科学作者姓名：叶陶然年级：高二 9指导教师：2课题摘要硼污染的治理因其成本较高、工艺复杂而没有在工业上得到广泛应用。因此寻找简单廉价的治理方法成为了推广硼的治理的重要途径。硼在海泡石上的吸附符合以下规律：在 pH211 的范围内，平衡吸附量随着 pH增大而增大。温度范围在 20-55时，海泡石对硼的平衡吸附量随温度的升高而减小。在 pH=8, 吸附温度为 30时，原海泡石对硼的最大吸附量为 31.7mg/g。所以，我们可以通过在治理过程中控制其温度与 pH 值达到简化流程降低成本的目的。关键词: 海泡石；吸附；硼；3正文第一章 课题
2、研究的背景国家生活饮用水卫生标准的非常规检验项目、国标 GB3838-2002 集中式生活饮用水地表水源地特定项目、美国和欧盟饮用水标准都规定含硼最浓度为 0.5mg/L。中国只有辽宁省规定了废水排放的硼标准，因为该省是我国硼矿的主要生产地，但是硼的的生产和使用过程中排放出大量的硼，造成了污染。在沿海地区由于海水入侵引起地下水的硼浓度升高。不过硼的污染问题并没有引起足够的重视，硼的排放放任不管，比如电镀废水中硼的浓度就非常高。水中除硼的方法主要有:反渗透法、生物法、吸附法、沉淀法、离子交换法和电絮凝法等。反渗透法设备昂贵、运行不够稳定、除硼效果需提高1。电絮凝法耗电量大、效果不好。絮凝法效果不
3、好 3。共沉淀法有大量的沉淀污泥,出水硼的浓度较高 3。目前普遍采用的方法是吸附法（包括离子交换法） ， 吸附法的核心问题是吸附剂要有良好的性能，如吸附量大、吸附速度快、再生效果好和再生次数多、价格低。虽然有些络合吸附树脂有较大的吸附量和再生率，但是它的制取有许多缺点，如成本高、污染大、麻烦。4再生成本也高。我国开发的吸附硼的树脂 R564吸附量低 4。硼在许多氧化物及矿物上的吸附已有许多研究 5-7，国内对海泡石吸附硼研究很少，国外对此研究也不多8。 第二章 课题研究的主要原理2.1 海泡石吸附硼的基本原理海泡石是一种含水的镁硅酸盐矿物，其结构通式可表示为 （） （ ） ，它具层键状结构，呈
4、纤维状结晶习性。海泡石的表面存在裸露的羟基，这是其吸附硼的基本原因。SiOOMgO OSi OSiOMgOSiO2.2 硼含量分析的基本原理采用甲亚胺-H 酸光度法9。由于硼酸与 H-酸和水杨醛的反应物能发生络合反应，方程式如下：在 415nmmax 下，该络合物的吸光度与一定范围内硼的浓度成线性关系。甲亚胺-H 酸分光光度法测定时间缩短,硼标准曲线的相关系数可达 0.999 以上,离子干扰较少,最大显色体系硼的质量浓度范围由 1.6g/ml 提升至 4g/ml，显色的最佳 pH 值在 5-6,操作宜快速,以防吸光度下降。显色剂即配即用,防止氧化,影响吸光度。第三章 课题研究的主要方法和过程5
5、3.1 实验部分3.1.1 主要试剂和材料海泡石(取自湖南湘潭某矿)；硼酸（分析纯） ；乙酸(分析纯)；乙二胺四乙酸二钠（分析纯） ；抗坏血酸（分析纯） ；H 酸-钠盐（化学纯） ；水杨醛（化学纯） ；醋酸铵（分析纯） ；甘氨酸（分析纯） ；氢氧化钠（分析纯） 。BSZ-2 型自动双重纯水蒸馏器；Spectrumlab24 可见分光光度计；MA110 电子天平；ZBY 149-83 电热恒温鼓风干燥箱；马弗炉；SHZ-82 恒温振蘯器；JB-2 型恒温磁力搅拌器；TDL-5 台式离心机；聚乙烯瓶；3.1.2 硼的分析方法（1）试剂配制: 显色剂：H 酸溶液:在室温下溶解 0.5g 8-氨基-1
6、-萘酚-3,6-磺酸氢钠(又称 H 酸钠盐),置于50ml 水中,加入 1g 抗坏血酸,搅拌至溶解,溶液 pH 值为 2.5。水杨醛溶液:在 100ml 乙醇中加入 0.2ml 水杨醛。pH 值为 6.4 醋酸铵EDTA 二钠盐缓冲液。显色液:1 体积的 H 酸溶液和 1 体积的水杨醛溶液与 3 体积的缓冲液混合,此溶液 pH 值为 5-6。显色剂转入聚乙烯瓶。硼标准贮备液: 含硼量为 0.1mg/ml 溶液储存于聚乙烯瓶。（2）标准曲线含硼量为 0, 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4g/ml 的标准系列溶液各取 5mL 置于塑料胶管中。在每支塑料胶管中分别加入显色
7、液 5mL。立即加塞混匀,置于暗处放置 30 分钟后,置于光度计上波长 415nm 处,用 1cm 比色皿,以双蒸水为参比液测定吸光度,绘制硼质量浓度-吸光度标准曲线。（3）样品分析吸取5ml待测液和5mL显色剂.立即加塞混匀,然后按标准曲线绘制的测定步骤以空白试剂参比测定吸光度。从标准曲线上查出或按回归方程算出硼的微克数。当样品浓度过高时,按一定比例稀释至含硼量4g/ml以下直接测定。3.1.3 改性海泡石的制备(1).酸洗：取一定量的原海泡石先用双蒸水浸洗 48 小时,将海泡石洗至中性，离心分离,干燥，粉碎至 200 目。分别加入 0.75M、1.5M、3M、6M 的盐酸溶液,固液比为 1
8、：5,在常温下搅拌,酸洗 15 小时，反复离心，水洗,洗至中性,干燥，粉碎至 200 目，得酸洗改性海泡石。3.1.4 吸附实验在塑料瓶中加入含硼浓度为 100mg/L 的 50ml 硼溶液和 0.5g 的改性和未改性的海泡石样品,在 pH=8,吸附温度为 30,摇速 106rpm 下震荡,吸附时间的范围设定在 5-60min。达到吸附时间后,过滤，将滤液稀释至一定倍数至含硼量 4g/ml 以下测定残留的硼浓度。并考察其它因素对吸附的影响。取 50mL 含硼浓度为 1000mg/L 的硼溶液，在前面的条件下测定改性前后海泡石对硼的饱和吸附量。海泡石对硼的吸附量计算式:6qe=V(C0-Ce)/
9、m (1)式中: qe-平衡吸附量(mg/g);C0-初始浓度(mg/L);Ce-平衡浓度(mg/L);V-0.050L;m-吸附剂用量(g)。第四章 课题研究主要结果和结论4.1 硼的标准曲线图 1 甲 亚 胺 -H酸 光 度 法 测 定 硼 的 标 准 曲 线-0.200.20.40.60.80 1 2 3 4 5含 硼 浓 度 ( g/ml)吸光度 (A)标准曲线方程:吸光度 A=0.1878 (硼的浓度)-0.008，相关系数 R2 =0.9992。 4.2 吸附时间对硼吸附量的影响从图 2 看出 20 分钟后,海泡石对硼的吸附已经达到平衡。经过 20 分钟的吸附,硼残余浓度为 21.
10、3mg/L,去除率已达至 78.7%,表明了海泡石对硼吸附速度快,反应进行 10 分钟之后,平衡吸附量 7.87mg B/g。图 2 吸 附 时 间 与 硼 吸 附 量 的 关 系02468100 20 40 60时 间 (min)吸附量 (mg/g)4.3 海泡石用量对硼吸附量的影响从图 5 可知增加海泡石的用量，硼的吸附量下降,去除率增加不多，硼的残留浓度的7下降趋势不明显。在含硼为 100mg/L 的 50ml 溶液中,加入 0.5g 的海泡石，硼的去除率达到 78.7%。图 3 海 泡 石 用 量 与 硼 残 余 浓 度 的 关 系0204060801001200 1 2 3 4海 泡
11、 石 用 量 (g)硼残余浓度 (mg/L)图 4 海 泡 石 用 量 与 硼 去 除 率 的 关 系0501000 1 2 3 4海 泡 石 用 量 (g)硼去除率(%)4.4 吸附温度对硼吸附量的影响从以上结果可知,温度对吸附有一定的影响,温度越高时吸附量越少,表明在海泡石表面吸附硼是一个放热过程8。8图 5 吸 附 温 度 与 硼 吸 附 量 的 关 系024681010 20 30 40 50 60吸 附 温 度 ( )吸附量 (mg/L)4.5 吸附时 pH 值对硼的吸附量的影响从图 9 看出随着 pH 值的上升, 海泡石对硼的吸附量随之上升。因为硼酸是弱酸，硼酸电离常数 PkA=9
12、.24。硼酸的两种主要形态是: B(OH) 3和 B(OH)4-, pH9.24,形态 B(OH)3为主。pH9.24,主要形态是 B(OH)4 。硼在海泡石上的吸附力是由于水溶性硼 B(OH)3和B(OH)4-与海泡石裸露的硅羟基的络合作用。从这两种形态中硼的轨道杂化结构略知它们与硅羟基络合时键角的作用。在 B(OH)3形态中，硼的电子结构是 sp2杂化，键角为120。 ，硅的电子结构是 SP3杂化，键角为 10928，B(OH) 3与海泡石表面的硅羟基络合时角张力较大，而 B(OH)4-中硼的电子结构与硅的电子结构相同，因此 B(OH)4- 与硅羟基络合时角张力较小。当 pH 值上升, B
13、(OH) 4-的比例也上升，因此海泡石对硼的吸附量随之上升。图 6 吸 附 时 pH值 与 硼 吸 附 量 的 关 系051015200 5 10pH吸附量 (mg/g)5 结语海泡石吸附硼的能力较强。由于海泡石的亲水性很强，小颗粒沉淀慢，可考虑与混凝法结合起来使用。用吸附床连续操作应把它造粒。参考文献1 M. Rodriguez Pastor, A. Ferrhndiz Ruiz, M.F. Chill6n, etc. Influence of pH in the elimination of boron by means of reverse osmosis.Desalination. 2
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