朱靈峰等

摘要：以硅藻土為主要原料，添加適量的成孔劑和燒結(jié)助劑，采用濕式研磨、滾球成型和高溫煅燒工藝，制備了新型環(huán)境材料——硅藻土基多孔陶粒。結(jié)合X射線衍射、掃描電鏡、壓汞儀等對材料結(jié)構(gòu)與性能進行了表征。通過紫外分光光度計，考察了硅藻土基多孔陶粒對Cu2+的吸附性能。結(jié)果表明，硅藻土基多孔陶粒以石英晶相為主，孔徑集中在 500～3 000 nm，比表面積為6.14 m2/g，孔隙率為 47.8%。硅藻土基多孔陶粒對Cu2+的去除率可以達到 96.5%，吸附過程符合準二級動力學模型。

關(guān)鍵詞：硅藻土基多孔陶粒；材料結(jié)構(gòu)；吸附性能；銅離子

中圖分類號： TQ174.1 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）03-0303-03

硅藻是一種單細胞的藻類，個體很小，一般為1 μm至數(shù)毫米。當這種水生植物死亡后，殘骸在海洋或湖泊中沉積，形成硅藻土[1]。硅藻土是一種多孔性、密度小、比表面積大、吸附性好、耐酸、耐堿、絕緣的非金屬礦[2] 。陶粒于1918年由Hyade研制出來[3]，作為一種新型濾料，陶粒具有以容重小、表面積大、孔隙率高、機械強度好、吸附能力強等特點，是由黏土質(zhì)材料粉碎成粉，或由黏土、粉煤灰摻成孔劑等先做成球再在高溫下（一般為1 000～1 350 ℃）燒結(jié)而成的[4]。燒結(jié)過程中，原料發(fā)生化學反應釋放氣體，產(chǎn)生氣孔或膨脹，冷卻后形成輕質(zhì)多孔、有一定強度的球形或類球形硅酸鹽產(chǎn)品[5]。陶粒內(nèi)部多孔，比表面積較大，化學和熱穩(wěn)定性好，具有較好的吸附性能，易于再生，便于重復利用，陶粒作為一種廉價有效吸附材料而受到人們的重視。

硅藻土作為一種廉價天然礦物，具有50～800 nm的原始孔結(jié)構(gòu) [6]。以硅藻土為主要原料，相關(guān)制備硅藻土基多孔陶瓷已有大量研究[7-9]，而以其為原料制備硅藻土基多孔陶粒，并用于污水中銅離子的吸附性能卻研究很少。硅藻土原始孔結(jié)構(gòu)、骨料顆粒堆積以及成孔劑煅燒后形成的孔隙構(gòu)成有機整體，可制得不同孔徑、性能優(yōu)異的多孔陶粒。本研究探討了硅藻土基多孔陶粒的形貌及孔結(jié)構(gòu)，并進一步考察了其對重金屬Cu2+的吸附效果及吸附動力學特征。

1 材料與方法

1.1 材料

選用吉林長白硅藻土粉體為原料，中粒粒徑為8.61 μm，孔徑為50～800 nm，比表面積為20.88 m2/g，主要化學組成的質(zhì)量分數(shù)為SiO2 82.33%、Al2O3 4.58%、Fe2O3 1.57%。成孔劑為碳粉。燒結(jié)助劑為高嶺土、石英、長石。分散劑為硅酸鈉。

1.2 樣品制備

將硅藻土、成孔劑、燒結(jié)助劑、水和分散劑（質(zhì)量比84 ∶ 10 ∶ 16 ∶ 2）混合，加入裝有研磨介質(zhì)（Φ5～8 mm的ZrO2瓷球）的球磨機（KM-1型高效快速研磨機）內(nèi)研磨30 min，放入烘箱內(nèi)105 ℃烘干（FN101型烘干箱）、打散（ST-07B型粉碎機）、滾球成型（BY-400荸薺式糖衣機），并于 1 020 ℃ 煅燒2 h（SX2-10-17型箱式電阻爐），制得硅藻土基多孔陶粒。

1.3 樣品表征

用德國 D8 Advance 型 X 射線衍射儀測定樣品的物相組成。用日本 JSM-6490LV 掃描電子顯微鏡觀察所制得陶粒的微觀形貌。用美國Auto Pore IV9500 壓汞儀檢測樣品的孔徑分布。用Archimedes法測定硅藻土基多孔陶粒燒結(jié)樣品的孔隙率。

1.4 多孔陶粒對重金屬Cu2+的吸附試驗

配制10 mg/L Cu2+標準溶液，分別吸取20 mL于10個錐形瓶中，調(diào)節(jié)pH值=6，稱取1.0 g陶粒放入其中，置于搖床中分別振蕩10、30 min和1、2、3、4、6、8、12、24、48 h，搖床溫度30 ℃，轉(zhuǎn)速140 r/min，取出后用0.45 μm濾膜過濾，然后用UV-1240型紫外分光光度計測量濾液最大波長處的吸光度（銅離子的λmax=546 nm）[9]。根據(jù)Lambert-Beer定律，最大波長處的吸光度與濃度有很好的線性關(guān)系，即可用吸光度計算對應銅的去除率：

3 結(jié)論

以硅藻土為主要原料，碳粉為成孔劑，石英、高嶺土為燒結(jié)助劑，制備了硅藻土基多孔陶粒。硅藻土基多孔陶粒以石英晶相為主，材料內(nèi)孔徑分布較寬，比表面積為6.14 m2/g，孔隙率為 47.8%。硅藻土基多孔陶粒對重金屬有較好的吸附效果，在溫度30 ℃，pH值6，吸附劑量為1 g，Cu2+初始濃度為10 mg/L時，對Cu2+的最佳吸附時間為6 h，最大去除率可達到96.5%。對吸附動力學研究表明，陶粒的吸附過程符合準二級動力學模型。通過對重金屬銅的吸附試驗表明，吸附過程是多方面同時進行的，既有外部液膜擴散、表面吸附，同時也有顆粒內(nèi)部擴散。

參考文獻：

[1]劉應隆，趙黔今. 硅藻土的特性研究及工業(yè)應用[J]. 云南教育學院學報，1998，14（5）：31-39.

[2]蘇雪筠，呂 明，朱小龍. 硅藻土基多孔陶瓷的制備及性能研究[J]. 中國陶瓷，2002，38（4）：1-3.

[3]Walter J W. Potential mechanisms for romoval of humic acids from water by activated carbon[M]//Suffet I H，McGuire M J. Activated carbon adsorption of organics from the aqueous phase：Vol l. Ann Arbor，Mich：Ann Arbor Sci Publishers，1980.

[4]高 仙. 黏土基陶粒的研制及其對重金屬離子的吸附[D]. 太原：太原理工大學，2010.

[5]嚴捍東. 生活污泥改性燒制超輕陶粒的試驗研究[C]. 第二屆全國固體廢棄物處理及綜合利用技術(shù)與設備交流研討會論文集，2003：40-49.

[6]朱 健，王 平，羅文連，等. 硅藻土吸附重金屬離子研究現(xiàn)狀及進展[J]. 中南林業(yè)科技大學學報，2011，31（7）：183-198.

[7]高如琴，鄭水林，劉 月，等. 硅藻土基多孔陶瓷的制備及其對孔雀石綠的吸附和降解[J]. 硅酸鹽學報，2008，36（1）：22-24.

[8]Zhang X B，Meng G Y，Liu X Q. Sintering kinetics of porous ceramics from natural diatomite[J]. J Am Ceram Soc，2005，88（1）：1826-1830.

[9]Osman 瘙 塁 ，Remzi G，Cem . Purification of diatomite powder by acid leaching for use in fabrication of porous ceramics[J]. Int J Miner Proc，2009，93（1）：6-10.

[10]陳天虎，史曉莉. 水懸浮體系中凹凸棒石與Cu2+作用機理[J]. 高校地質(zhì)學報，2004，10（3）：385-391.

[11]岳欽艷，解建坤，高寶玉，等. 污泥活性炭對染料的吸附動力學研究[J]. 環(huán)境科學學報，2007，27（9）：1431-1438.

[12]鐘倩倩，岳欽艷，李 倩，等. 改性麥草秸稈對活性艷紅的吸附動力學研究[J]. 山東大學學報：工學版，2011，41（1）：133-136.endprint

摘要：以硅藻土為主要原料，添加適量的成孔劑和燒結(jié)助劑，采用濕式研磨、滾球成型和高溫煅燒工藝，制備了新型環(huán)境材料——硅藻土基多孔陶粒。結(jié)合X射線衍射、掃描電鏡、壓汞儀等對材料結(jié)構(gòu)與性能進行了表征。通過紫外分光光度計，考察了硅藻土基多孔陶粒對Cu2+的吸附性能。結(jié)果表明，硅藻土基多孔陶粒以石英晶相為主，孔徑集中在 500～3 000 nm，比表面積為6.14 m2/g，孔隙率為 47.8%。硅藻土基多孔陶粒對Cu2+的去除率可以達到 96.5%，吸附過程符合準二級動力學模型。

關(guān)鍵詞：硅藻土基多孔陶粒；材料結(jié)構(gòu)；吸附性能；銅離子

中圖分類號： TQ174.1 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）03-0303-03

硅藻是一種單細胞的藻類，個體很小，一般為1 μm至數(shù)毫米。當這種水生植物死亡后，殘骸在海洋或湖泊中沉積，形成硅藻土[1]。硅藻土是一種多孔性、密度小、比表面積大、吸附性好、耐酸、耐堿、絕緣的非金屬礦[2] 。陶粒于1918年由Hyade研制出來[3]，作為一種新型濾料，陶粒具有以容重小、表面積大、孔隙率高、機械強度好、吸附能力強等特點，是由黏土質(zhì)材料粉碎成粉，或由黏土、粉煤灰摻成孔劑等先做成球再在高溫下（一般為1 000～1 350 ℃）燒結(jié)而成的[4]。燒結(jié)過程中，原料發(fā)生化學反應釋放氣體，產(chǎn)生氣孔或膨脹，冷卻后形成輕質(zhì)多孔、有一定強度的球形或類球形硅酸鹽產(chǎn)品[5]。陶粒內(nèi)部多孔，比表面積較大，化學和熱穩(wěn)定性好，具有較好的吸附性能，易于再生，便于重復利用，陶粒作為一種廉價有效吸附材料而受到人們的重視。

硅藻土作為一種廉價天然礦物，具有50～800 nm的原始孔結(jié)構(gòu) [6]。以硅藻土為主要原料，相關(guān)制備硅藻土基多孔陶瓷已有大量研究[7-9]，而以其為原料制備硅藻土基多孔陶粒，并用于污水中銅離子的吸附性能卻研究很少。硅藻土原始孔結(jié)構(gòu)、骨料顆粒堆積以及成孔劑煅燒后形成的孔隙構(gòu)成有機整體，可制得不同孔徑、性能優(yōu)異的多孔陶粒。本研究探討了硅藻土基多孔陶粒的形貌及孔結(jié)構(gòu)，并進一步考察了其對重金屬Cu2+的吸附效果及吸附動力學特征。

1 材料與方法

1.1 材料

選用吉林長白硅藻土粉體為原料，中粒粒徑為8.61 μm，孔徑為50～800 nm，比表面積為20.88 m2/g，主要化學組成的質(zhì)量分數(shù)為SiO2 82.33%、Al2O3 4.58%、Fe2O3 1.57%。成孔劑為碳粉。燒結(jié)助劑為高嶺土、石英、長石。分散劑為硅酸鈉。

1.2 樣品制備

將硅藻土、成孔劑、燒結(jié)助劑、水和分散劑（質(zhì)量比84 ∶ 10 ∶ 16 ∶ 2）混合，加入裝有研磨介質(zhì)（Φ5～8 mm的ZrO2瓷球）的球磨機（KM-1型高效快速研磨機）內(nèi)研磨30 min，放入烘箱內(nèi)105 ℃烘干（FN101型烘干箱）、打散（ST-07B型粉碎機）、滾球成型（BY-400荸薺式糖衣機），并于 1 020 ℃ 煅燒2 h（SX2-10-17型箱式電阻爐），制得硅藻土基多孔陶粒。

1.3 樣品表征

用德國 D8 Advance 型 X 射線衍射儀測定樣品的物相組成。用日本 JSM-6490LV 掃描電子顯微鏡觀察所制得陶粒的微觀形貌。用美國Auto Pore IV9500 壓汞儀檢測樣品的孔徑分布。用Archimedes法測定硅藻土基多孔陶粒燒結(jié)樣品的孔隙率。

1.4 多孔陶粒對重金屬Cu2+的吸附試驗

配制10 mg/L Cu2+標準溶液，分別吸取20 mL于10個錐形瓶中，調(diào)節(jié)pH值=6，稱取1.0 g陶粒放入其中，置于搖床中分別振蕩10、30 min和1、2、3、4、6、8、12、24、48 h，搖床溫度30 ℃，轉(zhuǎn)速140 r/min，取出后用0.45 μm濾膜過濾，然后用UV-1240型紫外分光光度計測量濾液最大波長處的吸光度（銅離子的λmax=546 nm）[9]。根據(jù)Lambert-Beer定律，最大波長處的吸光度與濃度有很好的線性關(guān)系，即可用吸光度計算對應銅的去除率：

3 結(jié)論

以硅藻土為主要原料，碳粉為成孔劑，石英、高嶺土為燒結(jié)助劑，制備了硅藻土基多孔陶粒。硅藻土基多孔陶粒以石英晶相為主，材料內(nèi)孔徑分布較寬，比表面積為6.14 m2/g，孔隙率為 47.8%。硅藻土基多孔陶粒對重金屬有較好的吸附效果，在溫度30 ℃，pH值6，吸附劑量為1 g，Cu2+初始濃度為10 mg/L時，對Cu2+的最佳吸附時間為6 h，最大去除率可達到96.5%。對吸附動力學研究表明，陶粒的吸附過程符合準二級動力學模型。通過對重金屬銅的吸附試驗表明，吸附過程是多方面同時進行的，既有外部液膜擴散、表面吸附，同時也有顆粒內(nèi)部擴散。

參考文獻：

[1]劉應隆，趙黔今. 硅藻土的特性研究及工業(yè)應用[J]. 云南教育學院學報，1998，14（5）：31-39.

[2]蘇雪筠，呂 明，朱小龍. 硅藻土基多孔陶瓷的制備及性能研究[J]. 中國陶瓷，2002，38（4）：1-3.

[3]Walter J W. Potential mechanisms for romoval of humic acids from water by activated carbon[M]//Suffet I H，McGuire M J. Activated carbon adsorption of organics from the aqueous phase：Vol l. Ann Arbor，Mich：Ann Arbor Sci Publishers，1980.

[4]高 仙. 黏土基陶粒的研制及其對重金屬離子的吸附[D]. 太原：太原理工大學，2010.

[5]嚴捍東. 生活污泥改性燒制超輕陶粒的試驗研究[C]. 第二屆全國固體廢棄物處理及綜合利用技術(shù)與設備交流研討會論文集，2003：40-49.

[6]朱 健，王 平，羅文連，等. 硅藻土吸附重金屬離子研究現(xiàn)狀及進展[J]. 中南林業(yè)科技大學學報，2011，31（7）：183-198.

[7]高如琴，鄭水林，劉 月，等. 硅藻土基多孔陶瓷的制備及其對孔雀石綠的吸附和降解[J]. 硅酸鹽學報，2008，36（1）：22-24.

[8]Zhang X B，Meng G Y，Liu X Q. Sintering kinetics of porous ceramics from natural diatomite[J]. J Am Ceram Soc，2005，88（1）：1826-1830.

[9]Osman 瘙 塁 ，Remzi G，Cem . Purification of diatomite powder by acid leaching for use in fabrication of porous ceramics[J]. Int J Miner Proc，2009，93（1）：6-10.

[10]陳天虎，史曉莉. 水懸浮體系中凹凸棒石與Cu2+作用機理[J]. 高校地質(zhì)學報，2004，10（3）：385-391.

[11]岳欽艷，解建坤，高寶玉，等. 污泥活性炭對染料的吸附動力學研究[J]. 環(huán)境科學學報，2007，27（9）：1431-1438.

[12]鐘倩倩，岳欽艷，李 倩，等. 改性麥草秸稈對活性艷紅的吸附動力學研究[J]. 山東大學學報：工學版，2011，41（1）：133-136.endprint

摘要：以硅藻土為主要原料，添加適量的成孔劑和燒結(jié)助劑，采用濕式研磨、滾球成型和高溫煅燒工藝，制備了新型環(huán)境材料——硅藻土基多孔陶粒。結(jié)合X射線衍射、掃描電鏡、壓汞儀等對材料結(jié)構(gòu)與性能進行了表征。通過紫外分光光度計，考察了硅藻土基多孔陶粒對Cu2+的吸附性能。結(jié)果表明，硅藻土基多孔陶粒以石英晶相為主，孔徑集中在 500～3 000 nm，比表面積為6.14 m2/g，孔隙率為 47.8%。硅藻土基多孔陶粒對Cu2+的去除率可以達到 96.5%，吸附過程符合準二級動力學模型。

關(guān)鍵詞：硅藻土基多孔陶粒；材料結(jié)構(gòu)；吸附性能；銅離子

中圖分類號： TQ174.1 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）03-0303-03

硅藻是一種單細胞的藻類，個體很小，一般為1 μm至數(shù)毫米。當這種水生植物死亡后，殘骸在海洋或湖泊中沉積，形成硅藻土[1]。硅藻土是一種多孔性、密度小、比表面積大、吸附性好、耐酸、耐堿、絕緣的非金屬礦[2] 。陶粒于1918年由Hyade研制出來[3]，作為一種新型濾料，陶粒具有以容重小、表面積大、孔隙率高、機械強度好、吸附能力強等特點，是由黏土質(zhì)材料粉碎成粉，或由黏土、粉煤灰摻成孔劑等先做成球再在高溫下（一般為1 000～1 350 ℃）燒結(jié)而成的[4]。燒結(jié)過程中，原料發(fā)生化學反應釋放氣體，產(chǎn)生氣孔或膨脹，冷卻后形成輕質(zhì)多孔、有一定強度的球形或類球形硅酸鹽產(chǎn)品[5]。陶粒內(nèi)部多孔，比表面積較大，化學和熱穩(wěn)定性好，具有較好的吸附性能，易于再生，便于重復利用，陶粒作為一種廉價有效吸附材料而受到人們的重視。

硅藻土作為一種廉價天然礦物，具有50～800 nm的原始孔結(jié)構(gòu) [6]。以硅藻土為主要原料，相關(guān)制備硅藻土基多孔陶瓷已有大量研究[7-9]，而以其為原料制備硅藻土基多孔陶粒，并用于污水中銅離子的吸附性能卻研究很少。硅藻土原始孔結(jié)構(gòu)、骨料顆粒堆積以及成孔劑煅燒后形成的孔隙構(gòu)成有機整體，可制得不同孔徑、性能優(yōu)異的多孔陶粒。本研究探討了硅藻土基多孔陶粒的形貌及孔結(jié)構(gòu)，并進一步考察了其對重金屬Cu2+的吸附效果及吸附動力學特征。

1 材料與方法

1.1 材料

選用吉林長白硅藻土粉體為原料，中粒粒徑為8.61 μm，孔徑為50～800 nm，比表面積為20.88 m2/g，主要化學組成的質(zhì)量分數(shù)為SiO2 82.33%、Al2O3 4.58%、Fe2O3 1.57%。成孔劑為碳粉。燒結(jié)助劑為高嶺土、石英、長石。分散劑為硅酸鈉。

1.2 樣品制備

將硅藻土、成孔劑、燒結(jié)助劑、水和分散劑（質(zhì)量比84 ∶ 10 ∶ 16 ∶ 2）混合，加入裝有研磨介質(zhì)（Φ5～8 mm的ZrO2瓷球）的球磨機（KM-1型高效快速研磨機）內(nèi)研磨30 min，放入烘箱內(nèi)105 ℃烘干（FN101型烘干箱）、打散（ST-07B型粉碎機）、滾球成型（BY-400荸薺式糖衣機），并于 1 020 ℃ 煅燒2 h（SX2-10-17型箱式電阻爐），制得硅藻土基多孔陶粒。

1.3 樣品表征

用德國 D8 Advance 型 X 射線衍射儀測定樣品的物相組成。用日本 JSM-6490LV 掃描電子顯微鏡觀察所制得陶粒的微觀形貌。用美國Auto Pore IV9500 壓汞儀檢測樣品的孔徑分布。用Archimedes法測定硅藻土基多孔陶粒燒結(jié)樣品的孔隙率。

1.4 多孔陶粒對重金屬Cu2+的吸附試驗

配制10 mg/L Cu2+標準溶液，分別吸取20 mL于10個錐形瓶中，調(diào)節(jié)pH值=6，稱取1.0 g陶粒放入其中，置于搖床中分別振蕩10、30 min和1、2、3、4、6、8、12、24、48 h，搖床溫度30 ℃，轉(zhuǎn)速140 r/min，取出后用0.45 μm濾膜過濾，然后用UV-1240型紫外分光光度計測量濾液最大波長處的吸光度（銅離子的λmax=546 nm）[9]。根據(jù)Lambert-Beer定律，最大波長處的吸光度與濃度有很好的線性關(guān)系，即可用吸光度計算對應銅的去除率：

3 結(jié)論

以硅藻土為主要原料，碳粉為成孔劑，石英、高嶺土為燒結(jié)助劑，制備了硅藻土基多孔陶粒。硅藻土基多孔陶粒以石英晶相為主，材料內(nèi)孔徑分布較寬，比表面積為6.14 m2/g，孔隙率為 47.8%。硅藻土基多孔陶粒對重金屬有較好的吸附效果，在溫度30 ℃，pH值6，吸附劑量為1 g，Cu2+初始濃度為10 mg/L時，對Cu2+的最佳吸附時間為6 h，最大去除率可達到96.5%。對吸附動力學研究表明，陶粒的吸附過程符合準二級動力學模型。通過對重金屬銅的吸附試驗表明，吸附過程是多方面同時進行的，既有外部液膜擴散、表面吸附，同時也有顆粒內(nèi)部擴散。

參考文獻：

[1]劉應隆，趙黔今. 硅藻土的特性研究及工業(yè)應用[J]. 云南教育學院學報，1998，14（5）：31-39.

[2]蘇雪筠，呂 明，朱小龍. 硅藻土基多孔陶瓷的制備及性能研究[J]. 中國陶瓷，2002，38（4）：1-3.

[3]Walter J W. Potential mechanisms for romoval of humic acids from water by activated carbon[M]//Suffet I H，McGuire M J. Activated carbon adsorption of organics from the aqueous phase：Vol l. Ann Arbor，Mich：Ann Arbor Sci Publishers，1980.

[4]高 仙. 黏土基陶粒的研制及其對重金屬離子的吸附[D]. 太原：太原理工大學，2010.

[5]嚴捍東. 生活污泥改性燒制超輕陶粒的試驗研究[C]. 第二屆全國固體廢棄物處理及綜合利用技術(shù)與設備交流研討會論文集，2003：40-49.

[6]朱 健，王 平，羅文連，等. 硅藻土吸附重金屬離子研究現(xiàn)狀及進展[J]. 中南林業(yè)科技大學學報，2011，31（7）：183-198.

[7]高如琴，鄭水林，劉 月，等. 硅藻土基多孔陶瓷的制備及其對孔雀石綠的吸附和降解[J]. 硅酸鹽學報，2008，36（1）：22-24.

[8]Zhang X B，Meng G Y，Liu X Q. Sintering kinetics of porous ceramics from natural diatomite[J]. J Am Ceram Soc，2005，88（1）：1826-1830.

[9]Osman 瘙 塁 ，Remzi G，Cem . Purification of diatomite powder by acid leaching for use in fabrication of porous ceramics[J]. Int J Miner Proc，2009，93（1）：6-10.

[10]陳天虎，史曉莉. 水懸浮體系中凹凸棒石與Cu2+作用機理[J]. 高校地質(zhì)學報，2004，10（3）：385-391.

[11]岳欽艷，解建坤，高寶玉，等. 污泥活性炭對染料的吸附動力學研究[J]. 環(huán)境科學學報，2007，27（9）：1431-1438.

[12]鐘倩倩，岳欽艷，李 倩，等. 改性麥草秸稈對活性艷紅的吸附動力學研究[J]. 山東大學學報：工學版，2011，41（1）：133-136.endprint