C15型木質(zhì)活性炭吸附鉻(Ⅵ)的研究

雷 勇，陳旭澤，伍佳偉，周 穎，郭 嘉

(武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院 綠色化工過程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430073)

活性炭是以富碳物質(zhì)為原料，經(jīng)高溫炭化和活化制得的含有大量微孔和大比表面積的疏水性吸附劑[1-4]，應(yīng)用廣泛[5]。按原料來源不同，活性炭分為煤質(zhì)炭、石油質(zhì)炭、骨炭、血炭和生物質(zhì)炭等多種類型。木質(zhì)活性炭屬于生物質(zhì)炭，與紙張、松香一樣是重要的林產(chǎn)化工品。福建省，特別是武夷山地區(qū)，是我國(guó)重要的林業(yè)基地，當(dāng)?shù)厣a(chǎn)木質(zhì)活性炭的企業(yè)達(dá)30余家，年產(chǎn)活性炭約3萬t ，其中部分出口至歐美、東南亞、日本等地區(qū)和國(guó)家。由于此類活性炭具有原料來源豐富、價(jià)格低廉、比表面積較大、雜質(zhì)含量低、吸附效果良好的特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、電子化學(xué)品、催化劑載體、氣體凈化等領(lǐng)域[6-9]。

含鉻工業(yè)廢水主要來源于制革、紡織品、印染以及電鍍行業(yè)，其中存在的鉻元素以六價(jià)鉻(即鉻酸鹽或重鉻酸鹽的形式)為主，六價(jià)鉻毒性很高(較三價(jià)鉻高出100倍)、容易被人體吸收且在體內(nèi)蓄積，已被國(guó)家環(huán)?？偩至袨閺U水治理的重點(diǎn)元素之一，必須處理達(dá)標(biāo)后排放[10-11]。

作者在此以C15型木質(zhì)活性炭吸附廢水中鉻(Ⅵ)，并考察了不同吸附條件對(duì)吸附效果的影響，擬為開發(fā)新型的污水處理用活性炭提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料、試劑與儀器

C15型木質(zhì)活性炭(粒徑2.5～3.5 mm，強(qiáng)度>90%，耐壓>3 kg，水分<10%，碘吸附量>700 mg·g-1，灰分<3%)，武夷山市林產(chǎn)化工廠。

重鉻酸鉀(優(yōu)級(jí)純)，上海嘉辰化工有限公司；二苯碳酰二肼(分析純)，上海三愛思試劑廠。

BP210S型分析天平，上海精密儀器儀表有限公司；722/721型分光光度計(jì)，上海光譜儀器有限公司；PHS-3C型精密pH計(jì)，上海今邁儀器儀表有限公司；DF-101B型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；DHG-9023型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，杭州藍(lán)天化驗(yàn)儀器廠；NR-30型振蕩器，日本TAITEC株式會(huì)社。

1.2 工藝流程(圖1)

圖1C15木質(zhì)活性炭吸附鉻(Ⅵ)的工藝流程

Fig.1TheprocessflowofadsorptionofCr(Ⅵ)byC15-typewood-baseactivatedcarbon

2 結(jié)果與討論

2.1 吸附時(shí)間對(duì)鉻(Ⅵ)吸附量的影響

固定其它條件不變，考察吸附時(shí)間對(duì)鉻(Ⅵ)吸附量的影響，結(jié)果見表1。

表1吸附時(shí)間對(duì)鉻(Ⅵ)吸附量的影響

Tab.1The effect of adsorption time on adsorptioncapacity of Cr(Ⅵ)

由表1可知，活性炭對(duì)鉻(Ⅵ)的吸附量在1.5～4.5 h內(nèi)增加較快，4.5 h后隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)增加較慢，在6.0 h時(shí)吸附基本達(dá)到平衡。因此，適宜的吸附時(shí)間為6.0 h。

2.2 pH值對(duì)鉻(Ⅵ)吸附量的影響

固定其它條件不變，考察pH值對(duì)鉻(Ⅵ)吸附量的影響，結(jié)果見表2。

表2pH值對(duì)鉻(Ⅵ)吸附量的影響

Tab.2The effect of pH value on the adsorptioncapacity of Cr(Ⅵ)

由表2可知，隨著pH值的增大，活性炭對(duì)鉻(Ⅵ)的吸附量逐漸減小。在實(shí)驗(yàn)過程中，當(dāng)溶液pH值小于4時(shí)，重鉻酸鉀溶液的顏色由橙色變?yōu)榫G色，這說明鉻(Ⅵ)轉(zhuǎn)變成了鉻(Ⅲ)，并且在活性炭表面有氣泡產(chǎn)生，酸性越強(qiáng)，反應(yīng)越劇烈。原因主要是活性炭在強(qiáng)酸性條件下起了還原作用。由于鉻(Ⅵ)為強(qiáng)還原劑，以各種形式存在于溶液中的鉻(Ⅵ)與酸性條件下的活性炭接觸，發(fā)生如下反應(yīng)：

2.3 初始濃度對(duì)鉻(Ⅵ)吸附量的影響

選擇活性炭的加量為0.5 g左右，在室溫下，以鉻(Ⅵ)初始濃度為20～80 mg·L-1的重鉻酸鉀溶液與活性炭一起振蕩吸附0.5 h，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鉻(Ⅵ)的初始濃度越高，活性炭對(duì)鉻(Ⅵ)的吸附量越大。

3 結(jié)論

C15型木質(zhì)活性炭在吸附時(shí)間為6.0 h、pH值約大于4的條件下，對(duì)廢水中鉻(Ⅵ)有良好的吸附效果。且隨著鉻(Ⅵ)初始濃度的增大，活性炭對(duì)鉻(Ⅵ)的吸附量也逐漸加大。

(致謝：感謝“E+”雙專業(yè)一體化復(fù)合型人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)和湖北省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新活動(dòng)基地“武漢工程大學(xué)化工與環(huán)境類大學(xué)生創(chuàng)新活動(dòng)基地”的支持!)

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