膨润土对工业硫酸的吸附脱色效果研究

高鹏娜，赵家伟，洪 岩，田会娟，焦会强，杨晓辉，梁海峰，卞月琴

(1 迁安市宏奥工贸有限公司，河北 迁安 063000； 唐山学院新材料与化学工程学院，河北 唐山 063000)

硫酸是重要的基础化工原料，具有“化工之母”之称，主要用于无机化学肥料，其次作为基础化工原料[1]。广泛用于有色治炼、石油化工、印染纺织、无机盐工业、某些无机酸和有机酸、橡胶工业、油漆工业以及国防军工、农药医药、炼焦、制革等行业。硫酸的质量会影响其销售价格及后续产品硫酸铵的质量。迁安市宏奥工贸有限公司利用荒煤气脱硫制备的硫酸存在色度差问题，呈现茶色甚至黑褐色。主要是由于煤气中的有机物、煤气的局部不完全燃烧等原因，致使其进入烟气系统，在净化工序未能完全捕集，从而进入成品酸中，进一步碳化成亚微态颗粒，导致硫酸呈茶色甚至黑褐色。由于硫酸的质量会影响其销售价格及后续产品硫酸铵的质量，因此对硫酸进行脱色处理以提高其质量势在必行。

根据脱色原理，硫酸脱色方法主要分为两大类：氧化法和吸附法。氧化法一般采用强氧化剂有过氧化氢、高锰酸钾、臭氧、过硫酸盐、硝酸等。如果通入的高锰酸钾溶液过量，会使硫酸呈现高锰酸钟的紫色，仍然难以得到透明的硫酸[2]。对于臭氧氧化法，产品黑硫酸经臭氧曝气脱色后变为淡黄色，产品外观质量有很大提高，但难以达到国标规定的标准色度[3]。过硫酸盐和硝酸氧化法会给产品引入新的杂质。过氧化氢氧化法选择性好，在酸性条件下的还原产物为H2O，不会给硫酸成品增加其它金属离子[4]，但过氧化氢溶液具有强氧化性，操作时容易产生危险。

吸附法是采用吸附剂进行吸附脱色，因其操作简单、费用低廉等优点得到了人们的青睐。目前广泛使用的传统吸附剂包括活性炭、硅藻土、粉煤灰、生物吸附剂等。近年来，膨润土因为其存储量大、吸附范围广、吸附量大、成本低廉等原因逐渐成为吸附剂的研究热点[5]。

膨润土是一种以蒙脱石为主要成分的非金属矿物。蒙脱石晶粒细小，属于2∶1型层状结构，其结构单元由两层硅氧四面体层夹一层铝氧八面体层所组成，层间结合力较弱，在溶剂的作用下易剥离和膨胀，分离成更薄的单晶片，因此具有较大的比表面积，理论比表面积(主要表现为内比表面积)高达600～700 m3/g，因此膨润土具有较强的吸附能力[6-7]。

目前对于工业硫酸脱色采用的吸附剂有活性炭[8]、硅藻土[9]等。而膨润土作为硫酸脱色吸附剂还未见报道。因此，本文选用膨润土作为硫酸的脱色吸附剂，研究膨润土用量、吸附时间及吸附脱色的操作方式对脱色效果的影响，经膨润土吸附脱色后的样品色度不深于国家标准GB/T 534-2014《工业硫酸》所规定的标准色度。

1 实 验

1.1 实验材料

膨润土(分析纯)，天津市大茂化学试剂厂；工业硫酸样品(黑褐色)，迁安市宏奥工贸有限公司；硫化钠(分析纯)，天津市致远化学试剂有限公司；明胶(化学纯)，天津市光复精细化工研究所；乙酸铅(分析纯)，天津市大茂化学试剂厂；氨水(分析纯，质量分数25%～28%)，天津大茂化学试剂厂。

1.2 实验方法

1.2.1 标准色度溶液的配置

按照国家标准GB/T 534-2014《工业硫酸》配置实验所需的标准色度的溶液[10]。

1.2.2 膨润土用量的影响

在常温下，取7只25 mL的比色管，并进行编号，编号1比色管中只有10 mL硫酸样品，不加入膨润土，为空白样，编号2比色管中加入配置好的标准色度溶液，其余比色管分别先加入10 mL硫酸样品，再用电子天平称量一定量的膨润土(0.3～1.5 g)，分别加入到编号3～7比色管中，搅拌均匀，静置8 h后进行离心，离心机转速设置为5000 r/min，离心时间为15 min，将离心后的上层清液倒入离心管，并进行色度对比。

1.2.3 吸附时间的影响

在常温下，取3只25 mL的比色管，并进行编号，编号1比色管为空白样，2编号2比色管中加入配置好的标准色度溶液，编号3比色管先加入10 mL硫酸样品，再用电子天平称量膨润土1.2 g，加入到编号3比色管中，搅拌均匀，静置不同时间(1～5 h)后进行离心，离心机转速设置为5000 r/min，离心时间为15 min，将离心后的上层清液倒入离心管，并进行色度对比。

1.2.4 操作方式的影响

在常温下，取5只25 mL的比色管，并进行编号，编号1为空白样，编号2比色管中加入配置好的标准色度溶液，其余比色管分别先加入10 mL硫酸样品，再用电子天平称量膨润土1.2 g，分别加入到编号3～7比色管中，搅拌均匀，编号3比色管常温静置，编号4比色管中溶液倒入离心管进行超声，编号5比色中溶液倒入烧杯进行磁力搅拌，分别进行1后进行离心，离心机转速设置为5000 r/min，离心时间为15 min，将离心后的上层清液倒入离心管，并进行色度对比。

2 结果与讨论

2.1 膨润土用量对吸附脱色效果的影响

在常温下，考察了膨润土用量对硫酸吸附脱色效果的影响，实验条件见表1，编号1为空白样，编号2为按照国标配置的标准色度的溶液，向编号3～7盛有10 mL硫酸样品的比色管中分别加入不同用量的膨润土，在常温下静置8 h后进行离心，脱色后的效果见图1。由图1可看出，随着膨润土用量的增加，吸附脱色效果越明显。当膨润土用量为1.2 g，即1.2 g膨润土/10 mL硫酸时，脱色后的硫酸样品色度已不深于国家标准GB/T 534-2014《工业硫酸》所规定的标准溶液的色度。

图1 膨润土用量对脱色效果的影响

表1 实验条件

2.2 吸附时间对吸附脱色效果的影响

在常温下，考察了吸附时间对硫酸吸附脱色效果的影响，实验条件如表2所示，编号1为空白样，编号2位按照国标配置的标准色度的溶液，编号3的试样为吸附剂用量为1.2 g膨润土/10 mL硫酸，分别研究了3号试样的脱色效果随吸附时间的变化。吸附时间设定为1 h，3 h和5 h，达到规定的吸附时间后进行离心，脱色效果由图2所示。由图2可看出，随着吸附时间的增加，脱色效果逐渐加强，在吸附时间为5 h时，吸附脱色后的硫酸样品色度已不深于国准所规定的标准色度。

图2 吸附时间对脱色效果的影响

表2 实验条件

2.3 操作方式对吸附脱色效果的影响

当吸附剂用量为1.2 g膨润土/10 mL硫酸，吸附时间为1 h，研究了不同的操作方式对吸附脱色效果的影响，编号3为常温静置，编号4为超声，编号5为磁力搅拌，实验条件如表3所示，脱色效果见图3。由图3可直观地看出，采用超声和磁力搅拌对脱色效果并无明显改善。说明膨润土对硫酸样品的吸附过程不受操作方式的影响，常温静置即可达到较好的脱色效果。

图3 操作方式对脱色效果的影响

表3 实验条件

3 结 论

本文采用膨润土对工业硫酸进行了吸附脱色研究，膨润土不仅脱色效果显著，还具有吸附量大、成本低廉等优点。重点研究了膨润土用量、脱色时间和操作方式对吸附脱色效果的影响。操作方式对脱色效果并无明显改善。随着膨润土用量和脱色时间的增加，脱色效果越明显。当膨润土用量为1.2 g膨润土/10 mL硫酸，脱色时间5 h，脱色后的硫酸样品色度已不深于国家标准《工业硫酸》(GB/T 534-2014)所规定的标准溶液的色度。