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一、引言

江西作為中國著名的瓷都，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)過程中會產(chǎn)生大量含有各種無機物的廢水，這些廢水若直接排放會對環(huán)境造成嚴重污染。與此同時，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)實意義。它既能實現(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、實驗部分

（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

首先對瓷器廢水進行預(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)過一定時間的沉淀反應(yīng)后，進行固液分離，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行聚合反應(yīng)，通過調(diào)整反應(yīng)參數(shù)如反應(yīng)時間、溫度、堿化度等，最終得到聚合氯化鋁產(chǎn)品。

（三）表征手段

運用XRD對合成的PAC進行物相分析，確定其晶體結(jié)構(gòu)；利用SEM觀察PAC的微觀形貌特征；采用化學分析方法測定PAC中氧化鋁的含量以及堿化度等指標，以全面了解PAC的性能特點。

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。化學分析結(jié)果表明，所制備的PAC中氧化鋁含量達到國家標準要求，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，從而有效吸附帶負電荷的重金屬離子。

（二）PAC對重金屬的處理效果

通過靜態(tài)實驗考察了PAC投加量、反應(yīng)時間、初始pH值等因素對重金屬去除率的影響。實驗選取常見的重金屬離子如Cu²?、Pb²?、Zn²?等作為目標污染物。結(jié)果顯示，隨著PAC投加量的增加，重金屬去除率逐漸提高，但當投加量超過一定值后，去除率增長趨于平緩。這是因為過量的PAC可能會導(dǎo)致膠體再穩(wěn)定現(xiàn)象的發(fā)生。反應(yīng)時間對重金屬去除也有顯著影響，在較短時間內(nèi)即可達到較高的去除效率，說明PAC具有快速的混凝作用機制。初始pH值的變化會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)，進而影響去除效果。在適宜的pH范圍內(nèi)，PAC對重金屬的去除效果最佳。

動態(tài)連續(xù)流實驗進一步驗證了PAC在實際水處理中的應(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進行處理。監(jiān)測出水水質(zhì)指標發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過PAC處理后，水中重金屬濃度大幅降低，達到國家排放標準以下，顯示出良好的處理效果和穩(wěn)定性。

四、作用機制探討

PAC對重金屬的處理主要基于吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃等作用機制。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，從而實現(xiàn)對重金屬的有效去除。此外，PAC還能促進水中懸浮顆粒之間的碰撞聚集，加速沉降過程，進一步提高水質(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。實驗結(jié)果表明，該PAC對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，還實現(xiàn)了資源的循環(huán)利用，同時為重金屬污染治理提供了一種新的思路和技術(shù)手段。未來可進一步開展中試放大研究和工程應(yīng)用實踐，推動該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。