En adsorbent har tillverkats genom att belägga en sand – återvunnen från glasbruk – med kisel och APTES. Nickeladsorptionen var god och adsorbent med avsatt nickel kunde återanvändas i glasbruket.
Av: Jörgen Hanaeus
En sandadsorbent täckt av en porös, kiselbaserad beläggning med en specifik yta av 150 m2/g har använts för att separera nickel ur vattenlösning. Effekten av pH, initiell nickelkoncentration, kontakttid, temperatur och adsorbenttillsats har studerats. Man fann att nickelavskiljningen ökade påtagligt då pH steg från 2 till 4, men därefter måttligt. En svag effektökning noterades då temperaturen steg från 25 till 40 °C. En halv timmes kontakttid var tillräcklig.
Högsta uppnådda effekter var en nära 100 %-ig nickelavskiljning via 5,78 mg Ni/g adsorbent. Adsorbtionen kunde beskrivas med en pseudo-andra-ordningens kinetisk modell och med Feundlichs adsorbtionsisoterm. Adsorberad nickel med adsorbent kunde återanvändas i tillverkningen av brunt glas.
Bakgrund
Nickel är en tungmetall som kan ha allvarliga miljökonsekvenser. Flera metoder har därför använts för att avskilja nickel ur vattenlösning. Adsorption har visat sig vara ett förhållandevis enkelt och ekonomiskt alternativ.
Olika adsorbentmaterial har provats för syntetiska eller industriella avloppsvatten: amino-modifierade kiseladsorbenter, naturmineral som ofta behöver modifieras, t ex kalksten med koksalttillsats och flodbäddsand lagrad i svavelsyra. Vidare har järnoxidtäckt sand (restprodukt från gruva) använts och gett en avskiljning av 1 mg Ni/g adsorbent och visat sig följa Langmuirs adsorbtionsisoterm.
Regenerering av använd adsorbent har diskuterats i litteraturen och EDTA-lösning och saltsyra har provats. Återvinning är däremot undersökt i liten utsträckning, varför det steget inkluderats i föreliggande undersökning.
Försök
Den adsorbent som användes var sand som användes för glasproduktion; den togs från en glasfabrik. Övriga reagenter var av analytisk kvalitet.
Sanden belades med ett lager av porös kisel följt av tillsats av aminopropyltriethoxysilane (APTES); doseringar och temperaturer redovisas i artikeln. Nickellösningar om 50 ml preparerades via nickelsulfat.
Försöken utfördes som skakförsök (batch) och parametrar som studerades var pH, initiell nickelkoncentration, temperatur, kontakttid och tillsats av adsorbent. Med en uppsättning gynnsamma värden från försöken användes den nyttjade adsorbenten till att med tillsatser preparera ett glas vid 1350 °C.
Studier av sandytan gjordes med svepelektronmikroskop och specifik yta för de preparerade sandpartiklarna bestämdes med N2-sorption.
Resultat
Mikroskopstudier visade att adsorbentpartiklarna var av storleken 200-400 µm. N2-sorptionen berättade att den obelagda sanden hade den specifika ytan 0.09 m2/g medan den belagda höll 150 m2/g.
När pH-värdet höjdes från 2 till 4 ökade nickelavskiljningen markant; pH över 4 gav sedan en måttlig stegring, men vid pH över 6 noterades en fällning av nickel. pH 6 ansågs därför optimalt för återvinning till glasproduktion. C0 var här 50 mg Ni/L, adsorbentmassan 0,5 g och kontakttiden 1 h. Då erhölls 85 % nickelavskiljning och ett upptag av 4,3 mg Ni/g adsorbent.
När temperaturen höjdes från 25 C till 40 C ökade adsorptionen ca 10 %. En ytterligare temperaturökning gav marginell adsorptionsförbättring. Som bäst (60 °C) nåddes 97,5 % avskiljning och 4,9 mg Ni/g adsorbent.
Försöken med kontakttid genomfördes med C0 = 50 mg Ni/L, 25 °C, pH 6 och adsorbentmassan 0,5 g. Påtaglig förbättring i avskiljningen, från 0 till 65 %, gavs under de tio första minuterna, men också intervallet 10-30 min. gav bättring. Därefter föreföll jämvikt inställd. Då uppmättes avskiljningen 90 % Ni och adsorptionen 4,5 mg Ni/g adsorbent.
Den initiella Ni-koncentrationen varierades mellan 3 och 150 mg/L vilket gav adsorptionerna 0,3 mg Ni/g och 5,8 mg Ni/g respektive.
Slutsatser
Den tidsberoende adsorptionen visade sig passa väl till en pseudo-andra ordningens modell (R2=0,993), medan jämviktsförhållandet beskrevs gott av Freundlichisotermen (R2=0,9931). Även Langmuirisotermen gav god anpassning.
Den adsorbentsand som togs vidare till glastillverkning innehöll 85 % av tillfört nickel och hade adsorberat 4,24 mg Ni/g.
Den ambitiösa preparationen av adsorbenten motiverades i detta fall av en god återanvändning.
Källa: Tao, W., Li, Q., Duan, H.& Liu, S. (2017): A new sand adsorbent for the removal and reuse of nickel ions from aqueous solutions. Water Science & Technology, Vol 75, No 8, pp 1812-1819.
Författarna från:
School of Materials Science and Engineering, University of Jinan, No 336, West Road of Nan Xinzhuang , Jinan 250022, Shandong, China.
Kontakt: liusq_ujn@hotmail.com
