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水滑石法去除废水中硫酸根离子试验研究
摘要：
本文以水滑石作为吸附剂，探究其去除废水中硫酸根离子的效果和机理。通过实验分析发现，水滑石对硫酸根离子具有较好的吸附能力，吸附效果受影响因素包括初始溶液中硫酸根离子的浓度、水滑石投加量、反应时间和pH值。此外，通过拟合实验结果和同行文献的研究，得出氢键作用和电化学吸附是水滑石吸附硫酸根离子的可能机理。
关键词：水滑石，硫酸根离子，吸附剂，机理
引言：
现代人类社会中视力型塑料行业、肥料工业、冶金工业以及造纸业等行业生产中会产生含有大量硫酸离子的废水，硫酸离子对环境造成的危害较大，若将其排放至自然环境中会对生态造成破坏并导致水体污染。常规的污水处理技术很难达到满意的清洁效果，因此，寻找一种高效、经济的处理废水中硫酸根离子的方法具有十分重要的意义。
本文以水滑石为吸附剂，利用水滑石的物理吸附性质，探究其在废水处理中去除硫酸根离子的效果和机理。
材料和方法：
实验材料：水滑石、硫酸，去离子水
实验仪器：恒温振荡器、紫外分光光度计、电子天平
实验步骤：
1.以不同的初始硫酸根离子浓度（20mg/L，40mg/L，60mg/L，80mg/L和100mg/L），将100ml的硫酸溶液加入5个250ml锥形瓶中。
2.将一定质量的水滑石加入5个锥形瓶中，投加量分别为0，1.5g/L，3g/L，4.5g/L和6g/L，然后放在恒温振荡器中震荡2小时。
3.将每个锥形瓶内反应混合物经过过滤，浊度降低到30mg/L以下之后，用紫外分光光度计测定剩余硫酸根离子的浓度，计算去除率。
4.尝试改变反应时间和溶液pH值，制定实验计划，并以此实验验证影响水滑石去除硫酸根离子的参数。
结果和分析：
本实验结果如图1所示。通过图获得的信息可以发现，水滑石的投加量越大，去除剩余硫酸根离子的效果越好，硫酸根离子的浓度越高，水滑石的去除率降低，水滑石吸附硫酸根离子的本质为吸附。
图1不同初始浓度下水滑石对硫酸根离子的去除率
通过实验结果和文献调研，我们也可以推测出水滑石吸附硫酸根离子的可能机理和行为。水滑石表面有很多疏水性羟基和二价虚空，有很好的分子吸附能力；水滑石表面富集了Si-OH，有良好的阳离子吸附能力。实验结果表明，硫酸根离子在水滑石表面与水分子形成氢键作用，从而被吸附在水滑石表面。（Guechietal.2019）
此外，相邻的二价离子或氢离子之间的相互吸引力，可能作为吸附机理的重要组成部分，协助水滑石吸附硫酸根离子。值得注意的是，溶液pH值对于水滑石吸附硫酸根离子的效果有一定的影响。此实验的结果与文献中的相关报告一致，pH的值为2-6时对吸附效果有很大的影响，随着pH值的升高，硫酸根离子与水滑石表面同时发生反应，附加的出现于硫酸根离子，影响吸附效率。（Chungetal.2012）
结论：
本文通过实验得到的数据和文献调研，证明了水滑石在去除废水中硫酸根离子方面具有很好的潜力和效果，其优点包括吸附能力强、经济的制备、环保等优点。实验结果和机理研究表明，水滑石并非万能的去除硫酸根离子的方法。在一定条件下其效果更佳，这有助于优化水滑石的应用。未来有望从纳米、保持其吸附能力和寿命的式子入手开展更多研究工作。