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一、引言

江西作為中國(guó)著名的瓷都，擁有悠久的制瓷歷史和龐大的瓷器產(chǎn)業(yè)集群。然而，在瓷器生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量含有各種無機(jī)物的廢水，這些廢水若直接排放會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。與此同時(shí)，水體中的重金屬污染一直是亟待解決的環(huán)境問題之一。聚合氯化鋁作為一種常用的無機(jī)高分子絮凝劑，具有良好的混凝性能和廣泛的適用范圍，在水處理領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。因此，利用江西瓷器產(chǎn)業(yè)廢水為原料合成PAC，并將其用于重金屬處理，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。它既能實(shí)現(xiàn)廢物的資源化利用，減少環(huán)境污染，又能為重金屬污染防治提供新的解決方案。

二、實(shí)驗(yàn)部分

（一）材料與儀器

1. 材料：取自江西某瓷器生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)廢水，其中富含鋁、硅等元素；氫氧化鈉、鹽酸等化學(xué)試劑均為分析純。

2. 儀器：恒溫加熱磁力攪拌器、真空抽濾裝置、烘箱、馬弗爐、X射線衍射儀（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、原子吸收光譜儀等。

（二）PAC的合成方法

首先對(duì)瓷器廢水進(jìn)行預(yù)處理，去除其中的懸浮雜質(zhì)和大顆粒物質(zhì)。然后向預(yù)處理后的廢水中加入適量的氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值至堿性范圍，使鋁離子形成氫氧化鋁沉淀。經(jīng)過一定時(shí)間的沉淀反應(yīng)后，進(jìn)行固液分離，得到氫氧化鋁沉淀物。將沉淀物洗滌干凈后，用鹽酸進(jìn)行酸溶，控制反應(yīng)溫度和酸度，得到氯化鋁溶液。接著在一定條件下進(jìn)行聚合反應(yīng)，通過調(diào)整反應(yīng)參數(shù)如反應(yīng)時(shí)間、溫度、堿化度等，最終得到聚合氯化鋁產(chǎn)品。

（三）表征手段

運(yùn)用XRD對(duì)合成的PAC進(jìn)行物相分析，確定其晶體結(jié)構(gòu)；利用SEM觀察PAC的微觀形貌特征；采用化學(xué)分析方法測(cè)定PAC中氧化鋁的含量以及堿化度等指標(biāo)，以全面了解PAC的性能特點(diǎn)。

三、結(jié)果與討論

（一）PAC的結(jié)構(gòu)與性能表征

XRD圖譜顯示，合成的PAC具有典型的無定形結(jié)構(gòu)，這表明其具有較高的活性和吸附能力。SEM照片表明PAC呈現(xiàn)出不規(guī)則的片狀或塊狀形態(tài)，表面粗糙且多孔，這種特殊的微觀結(jié)構(gòu)有利于其在水處理過程中與污染物充分接觸并發(fā)揮作用。化學(xué)分析結(jié)果表明，所制備的PAC中氧化鋁含量達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，堿化度適中，保證了其在水體中能夠快速形成帶正電荷的水解產(chǎn)物，從而有效吸附帶負(fù)電荷的重金屬離子。

（二）PAC對(duì)重金屬的處理效果

通過靜態(tài)實(shí)驗(yàn)考察了PAC投加量、反應(yīng)時(shí)間、初始pH值等因素對(duì)重金屬去除率的影響。實(shí)驗(yàn)選取常見的重金屬離子如Cu²?、Pb²?、Zn²?等作為目標(biāo)污染物。結(jié)果顯示，隨著PAC投加量的增加，重金屬去除率逐漸提高，但當(dāng)投加量超過一定值后，去除率增長(zhǎng)趨于平緩。這是因?yàn)檫^量的PAC可能會(huì)導(dǎo)致膠體再穩(wěn)定現(xiàn)象的發(fā)生。反應(yīng)時(shí)間對(duì)重金屬去除也有顯著影響，在較短時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到較高的去除效率，說明PAC具有快速的混凝作用機(jī)制。初始pH值的變化會(huì)影響重金屬離子的存在形態(tài)以及PAC的水解產(chǎn)物形態(tài)，進(jìn)而影響去除效果。在適宜的pH范圍內(nèi)，PAC對(duì)重金屬的去除效果最佳。

動(dòng)態(tài)連續(xù)流實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了PAC在實(shí)際水處理中的應(yīng)用可行性。在模擬廢水處理系統(tǒng)中，持續(xù)通入含有重金屬離子的原水，并投加適量的PAC進(jìn)行處理。監(jiān)測(cè)出水水質(zhì)指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過PAC處理后，水中重金屬濃度大幅降低，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)以下，顯示出良好的處理效果和穩(wěn)定性。

四、作用機(jī)制探討

PAC對(duì)重金屬的處理主要基于吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃等作用機(jī)制。一方面，PAC水解產(chǎn)生的多核羥基絡(luò)合物帶有大量正電荷，能夠與帶負(fù)電荷的重金屬離子發(fā)生靜電吸引作用，形成穩(wěn)定的螯合物。另一方面，PAC在水體中形成的絮體具有較大的比表面積和孔隙率，可以吸附并包裹懸浮在水中的微小顆粒物，包括部分未被直接吸附的重金屬離子，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬的有效去除。此外，PAC還能促進(jìn)水中懸浮顆粒之間的碰撞聚集，加速沉降過程，進(jìn)一步提高水質(zhì)凈化效果。

五、結(jié)論

本研究成功地以江西瓷器產(chǎn)業(yè)廢水為原料合成了聚合氯化鋁，并將其應(yīng)用于重金屬處理。通過對(duì)合成過程的優(yōu)化和產(chǎn)物性能的表征，得到了具有良好結(jié)構(gòu)和性能的PAC產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該P(yáng)AC對(duì)重金屬離子具有高效的去除能力，且受多種因素影響較小，在實(shí)際水處理中表現(xiàn)出較好的應(yīng)用前景。這種基于廢棄物資源化的處理方法不僅解決了瓷器產(chǎn)業(yè)廢水排放的問題，還實(shí)現(xiàn)了資源的循環(huán)利用，同時(shí)為重金屬污染治理提供了一種新的思路和技術(shù)手段。未來可進(jìn)一步開展中試放大研究和工程應(yīng)用實(shí)踐，推動(dòng)該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。