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摘 要

：铅酸蓄电池企业在生产过程中产生大量的强酸性含铅废水，如不妥善处理，将会对环境产生重大影响。本文以γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性凹土作为吸附剂，以某铅酸蓄电池企业在生产过程当中产生的强酸性含铅废水作为实验用水，通过静态实验考察改性凹土对废水中Pb² 的吸附性能。结果表明，将废水pH值调节为4.02，废水中Pb² 的去除率可达到99.12%；废水中Pb² 的去除率随着吸附剂用量和吸附时间的增加而升高；改性凹土吸附废水中的Pb² 符合拟二级动力学模型。γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性凹土对废水中Pb² 的良好去除效果，表明此吸附剂对铅酸废水治理具有较好的应用前景。

关键词：胺基功能化凹土，铅酸废水，吸附

Abstract: Lead-acid wastewater which was produced from lead acid battery manufacturing plant will have a great impact on the environment. An amine-terminated organosilicon (γ-aminopropyltriethoxysilane) was used to introduce terminal amino groups onto the attapulgite surface as adsorbent. The adsorption behaviors of Pb² in wastewater were studied. The results show that very high removal rate of 99.12% when pH value was 4.02. The removal rate of Pb² increases with the increase in adsorbent dosage and contact time. The kinetics of Pb² adsorption nicely followed the pseudo-second-order kinetic model. The better Pb² removal rate demonstrates that modified attapulgite has better application prospect to deal with the lead-acid wastewater.

Key words: amino-terminated attapulgite, lead-acid wastewater, adsorption

目 录

1 前言 3

1.1 铅酸蓄电池的来源、危害及处理 3

1.2 凹凸棒黏土的性质及应用 4

1.3 本文研究内容 4

2 实验部分 4

2.1 仪器和试剂 4

2.2 胺基功能化凹土的制备 5

2.3 实验方法 6

3 结果与讨论 6

3.1 溶液pH对吸附效果的影响 6

3.2 改性凹土用量对吸附效果的影响 8

3.3 吸附时间对吸附效果的影响 8

3.4 温度对吸附效果的影响 9

3.5 吸附动力学 10

结 论 12

参 考 文 献 13

致 谢 16

1 前言

1.1 铅酸蓄电池的来源、危害及处理

铅酸蓄电池在经济发展过程中发挥着极其重要的作用:摩托车、船舶、坦克等需要它作为启动电源；发电厂、电信行业、计算机系统等需要它作为备用电源；潜艇、电动自行车、电动汽车、高尔夫车等需要它作为动力电源；太阳能、风能等独立发电系统又需要它作为储能电源^[1]。与此同时，一些新的增长点逐渐呈现出来，如汽车行业的快速增长，巨大的蓄电池配套和替换市场的出现，使得在铅酸蓄电池生产企业中经常出现供不应求的局面；移动通信、电信和网络等的迅速发展，造成在2007年底和2008年初出现供不应求的局面^[2]。

然而，大量的含铅废水在制造生产铅酸蓄电池过程当中产生。其原因是目前的铅蓄电池行业存在着小企业多、规模企业少、一些企业技术装备落后等问题，造成十分严重的铅污染。铅蓄电池的回收再生利用体系还不完善，回收率低，再生利用技术装备落后，二次污染严重。含汞扣式电池、镉镍电池等废弃后作为普通垃圾处理，使得重金属污染成为潜在危险。直接排放含有大量重金属离子的废水将会造成严重的环境污染，并严重危害人体健康，引起人的头晕、健忘、失眠、神经错乱、癌症等。同时对消化系统、泌尿系统、脏器骨骼、神经等的破坏尤为严重。废水中的铅是一类污染物，其排放浓度不得超过0.5mg/L。含铅废水主要产生于铅酸蓄电池的涂板工序、化成工序和电池清洗工序中，铅浓度高达10～90mg/L。在车间或者车间处理设施排放口，铅离子的含量必须符合排放要求。如不妥善处理，将会对环境产生严重的影响。因此铅酸蓄电池工业废水的治理与综合利用是环境保护的一项重要任务，需要严格处理达到有关的排放要求后才能排放^[3,4]。这对保证人民身体健康安全和工农业生产的有序发展有着重要的意义^[5~7]。因此，针对铅污染的治理已刻不容缓。

目前对于含铅废水的处理方法有沉淀法、吸附法、离子交换法、电解法等^[8~10]。化学沉淀法吸附铅的效果较好，但会产生二次污染，同时具有能耗高等缺点。离子交换法是处理铅离子较为理想的方法之一，但由于其一次性投资大，研究也不够成熟等缺点而不能得到广泛的应用^[11]。如果采用滤筒 高效过滤器两级处理技术，效率可以达到99.99%以上，但材料成本与废料处理成本很大^[12]。综合考虑，吸附法因其操作简单、成本低等优点，已成为近年来的研究热点^[13]。吸附技术的进步和发展取决于吸附材料，理想的吸附材料应该具有吸附容量大、吸附选择性高、吸附时间短、再生性能好和价格低廉等特点。

1.2 凹凸棒黏土的性质及应用

凹凸棒黏土（简称凹土）是一种具有层链状结构的镁铝硅酸盐粘土矿物。其纤维细长，孔道多，是一种稀有的非金属矿产资源。但我国的凹土存储量十分丰富^[14]，江苏省已探明凹土矿资源储量1.03亿吨，占全世界已探明凹土存储量的44％，其远景储量可达11.7亿吨。凹土具有独特的纤维状或棒状晶体形态和层链状晶体结构，这一结构赋予其很大的比表面积，使其具有独特的吸附、催化和充填等物化性能，在废水处理中具有十分广泛的应用^[15~18]。

由于凹土的独特结构与表面性能，其在重金属离子去除中的应用研究很多，初期多是采用热处理和酸活化来增大凹土的比表面积，提高其对铅、汞、镉、砷、铜等重金属离子的去除率^[19~22]。这些处理过程主要是基于物理吸附和离子交换吸附机理而实现的，但化学吸附力低，吸附容量有限，特别是吸附选择性较差。为了提高凹土的吸附性能，一些研究者^[23~27]采用化学改性的方法，通过在凹土表面引入官能团的方法来提高凹土的选择性和吸附容量。改性过的凹土因其吸附容量的增加和吸附脱色能力的增强，使其在含铅废水处理过程中具有很大的应用前景^[28~30]。文献报道过的改性剂主要有:十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、乙醇胺，钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂等^[31]。研究者发现未改性过的凹土几乎无吸附作用，经丙烯酸改性过的凹土吸附平衡时去除率达到90%以上^[32]。这说明原凹土对铅离子的吸附量很小，改性后凹土对铅离子则有明显的吸附效果。

1.3 本文研究内容

本文采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性凹土作为吸附剂，以某铅酸蓄电池企业在生产过程当中产生的强酸性含铅废水作为实验用水，通过静态实验研究废水的pH、吸附剂用量、吸附时间和温度等因素对吸附效果的影响情况，得出改性凹土吸附废水中Pb² 的最佳操作条件，探索铅酸蓄电池废水治理的有效途径。

2 实验部分

2.1 仪器和试剂

FE-20酸度计 上海梅特勒-托利多仪器有限公司

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