活性炭和改性活性炭對六價鉻吸附行為的研究

紀(jì)智玲，劉 杰，艾 賀，李 鑫

（沈陽化工大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110142）

目前，含鉻廢水的處理方法有混凝沉淀/化學(xué)沉淀法、離子交換法、膜分離技術(shù)和吸附法等[3]。這些方法都有各自的優(yōu)缺點，其中吸附法具有去除效率較高、操作簡單、吸附劑可再生，環(huán)保等優(yōu)點，因而得到廣泛關(guān)注。

1 實驗部分

1.1 儀器及試劑

UV-2601型紫外可見分光光度；ZD-85型恒溫振蕩器；PHS23C型pH計。

椰殼活性炭，丙酮，H2SO4，H3PO4，K2Cr2O7（A.R.），二苯炭酰二肼（A.R.）。

1.2 實驗方法

活性炭的改性：取一定量洗凈干燥好的8～20目的活性炭，于500mL的1mol·L-1濃度的HNO3溶液中用磁力攪拌器快速攪拌3h后，將活性炭分離出來，用去離子水洗滌至pH值為7，濾除濾液放入干燥箱中108℃干燥24h，干燥完成后放入干燥器中備用。

鉻離子濃度的分析方法：Cr（VI）含量采用二苯炭酰二肼分光光度法進(jìn)行測定。模擬鉻廢水用去離子水加入K2Cr2O7配制而成。

繪制校準(zhǔn)曲線：向6只50mL比色管中依次加0.0、0.5、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00mL鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后用水稀釋至標(biāo)線。加入0.92g·mL-1的H2SO4溶液0.5mL，0.85g·mL-1H3PO4溶液0.5mL，2mL的DPC（0.29DPC溶于50mL丙酮中定容到100mL的容量瓶中），10min后，溶液顯色穩(wěn)定，用紫外可見分光光度計在波長540nm處測量它的吸光度，可得到鉻離子濃度隨吸光度變化的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

最佳吸附條件的確定：量取10mL配置好的鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液（5mg·L-1）到兩組150mL錐形瓶中，分別加入0.05g活性炭和0.05g改性活性炭，于25℃室溫下恒溫振蕩器中振蕩20，40，60，80，100min。取濾液8mL并定容到50mL比色管中，測定該溶液中的鉻離子濃度，確定最佳吸附平衡時間。同理，分別改變吸附劑用量、pH值進(jìn)行實驗，從而得到兩種吸附劑對Cr6+的最佳吸附條件。

2 結(jié)果與討論

2.1 吸附時間對吸附效果的影響

將不同濃度并加入一定量吸附劑的鉻溶液放入恒溫振蕩器中，25℃室溫下在恒溫振蕩器中分別振蕩20，40，60，80，100min，不同條件下兩種吸附劑對鉻的吸附效果見圖1。

圖1 吸附時間對鉻離子去除率的影響Fig.1 Effect of time on Cr（VI）removal rate

圖1的實驗結(jié)果表明，未改性的活性炭吸附曲線在100min以后趨于水平，改性后的活性炭在80min曲線趨于水平。從曲線的趨勢可以看出剛開始Cr6+從溶液主體擴(kuò)散到活性炭表面速度較快，隨著吸附的進(jìn)行，Cr6+由吸附劑顆粒的外表面經(jīng)顆粒內(nèi)的毛細(xì)孔擴(kuò)散到顆粒的內(nèi)表面，在毛細(xì)孔孔中的傳質(zhì)速度減慢。一段時間后，吸附容量達(dá)到最大，此時溶液中的Cr（VI）的濃度不在發(fā)生變化，溶液達(dá)到吸附平衡。從圖中可以看出，改性活性炭在各個時間段的吸附量都高于改性之前的吸附量。改性后的活性炭吸附速率更大，達(dá)到吸附平衡時間更短。

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2.2 吸附劑用量對吸附效果的影響

實驗確定了未改性和改性活性炭的吸附平衡時間分別為100和80min，在此條件下改變吸附劑投加量分別為0.02，0.04，0.05，0.06和0.08g，重復(fù)前述實驗，確定吸附劑的加入量對吸附效果的影響，實驗結(jié)果見圖2。

圖2 吸附劑用量對鉻離子去除率的影響Fig.2 Effect of adsorbent amount on Cr（VI）removal rate

從圖2看出，隨著活性炭用量的增加，Cr（VI）的去除率逐漸上升。當(dāng)吸附劑加入量較少時，溶液體系中吸附點位總量不夠，去除率存在較大上升“空間”，因此，當(dāng)吸附劑用量增大時，去除率也以很快的趨勢上升，最終去除率達(dá)到最高值。改性后的活性炭吸附量提高較多，達(dá)到吸附平衡時鉻離子去除率也較高，在該實驗條件下改性后的活性炭僅需0.05g即達(dá)到了最大去除率。

2.3 pH 值對吸附效果的影響

分別用0.1mol·L-1的HCl和NaOH調(diào)節(jié)水樣pH值分別為2，4，5，8，10，14于25℃在恒溫振蕩器中振動100min。pH值對于兩種吸附劑的吸附效果影響見圖5。

圖3 pH 值對鉻離子去除率的影響Fig.3 Effect of pH on Cr（VI）removal rate

2.4 吸附平衡的研究

式中 q：吸附平衡時的吸附量，mg·g-1；c：吸附平衡時吸附質(zhì)的濃度，mg·L-1；qm：飽和吸附量，mg·g-1；b：吸附系數(shù)。

3 結(jié)論

（1）用HNO3改性后的活性炭在相同條件下的脫出效果都明顯優(yōu)于未改性活性炭的脫除效果。

（2）活性炭、改性活性炭吸附Cr（VI）的受pH值影響較大，在pH值小于3時的強(qiáng)酸性條件下有較高的去除率。隨著吸附劑投加量的增加，吸附時間的延長，Cr（VI）的去除率也不斷提高，當(dāng)含鉻廢水初始濃度為5mg·L-1時，活性炭的最佳投加量為0.6 g/100mL，改性活性炭為0.5g/100mL。

（3）兩種吸附劑吸附Cr（VI）的吸附等溫方程都符合Langmuir方程。實驗結(jié)果表明，兩種吸附劑用于去除水中Cr（VI）的均有較明顯效果，改性后吸附效果更佳成本也更低廉，改性活性炭可作為處理含鉻廢水的有效方法。

［1］中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部.2010年全國環(huán)境質(zhì)量報告［R］.環(huán)境保護(hù)部，2011.

［2］汪大翠，徐新華，宋爽.工業(yè)廢水中專項污染物處理手冊［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000.28-31.

［3］王紹文，鄒元龍，楊曉莉,等.冶金工業(yè)廢水處理技術(shù)及工程實例［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.201-202.

［4］宋華，陳穎，等.化工分離工程［M］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003.201-205.

［5］黃文強(qiáng)，李晨曦，等.吸附分離材料［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.73-78.