改性甘蔗渣吸附水中Cr6+的研究

邢楠楠，朱泰忠，王莉雨，周恩會，郭沛文，余意，劉可鋒

（黃山學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，安徽 黃山 245041）

廢水中的六價鉻毒性強，氧化性也強，能對皮膚腸道等造成傷害，甚至導(dǎo)致癌變. 因此，去除廢水中的鉻是國內(nèi)外環(huán)境化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點. 目前，已經(jīng)有多種方法能夠有效去除水中的鉻，如化學(xué)還原法[1]、電解法[2]和吸附法[3]等. 化學(xué)還原法操作簡單，應(yīng)用前景好但處理費用高；電解法具有良好的去除效果，但成本高. 吸附法具有簡單高效且無二次污染的特點，是具有很大應(yīng)用前景的污水處理方法. 自然界中很多低廉的天然礦物都可以被用于吸附水中的鉻，它們的吸附能力相差較大，一般吸附量相對較低. 甘蔗渣是一種表面多孔的植物材料，由于纖維素上有羥基存在，使其具有吸附能力，但通常情況下吸附能力達不到人們的要求，需要通過改性來增加其吸附性能. 目前，已有改性甘蔗渣對廢水中 Pd2+、 Cd2+的吸附研究[4-5]以及改性甘蔗渣對水中酸性染料的吸附[6]，改性甘蔗渣吸附水中 Cr6+的研究報道還很少見. 因此，本論文研究了改性甘蔗渣對水中 Cr6+的吸附情況.

1 儀器、試劑與材料

取產(chǎn)自黃山本地的黑皮甘蔗，榨干水分，用去離子水反復(fù)沖洗除去渣中的殘余糖分，然后將甘蔗渣放在干燥箱中，在80°C 下干燥24 h，粉碎，過150 目篩，粒徑約0.106 mm.

重鉻酸鉀、氨基磺酸、1,5-二苯基碳酰二肼、氟化鈉、無水氯化鈣、氯化鈉、氫氧化鈉、鹽酸等均為分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn).

鉻標準溶液（100 mg/L）：準確稱取重鉻酸鉀0.282 9 g，加入適量去離子水定容至刻度，將鉻標準溶液稀釋50 倍，可得到鉻標準使用液（2 mg/L）.

固體顯色劑的配制[7]：準確稱取二苯基碳酰二肼0.500 0 g，氟化鈉10.000 0 g 在研缽中充分研細，再稱取氨基磺酸30.000 0 g 加入其中并繼續(xù)研磨數(shù)分鐘使各成分分散均勻，用試劑瓶裝好保存于陰暗干燥處.

電熱鼓風(fēng)干燥箱：GZX-9140MBE型，上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；電子分析天平：CP224C，奧豪斯儀器（常州）有限公司；紫外-可見分光光度計：UV-1100，上海美譜達儀器有限公司；水浴恒溫振蕩器：SHA-B，江蘇省金壇市醫(yī)療器械有限公司；循環(huán)水式真空泵：SHZ-D(Ⅲ)，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；pH計：pHS-3C型，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；超細粉碎機：GZ-80S，上海高致精密儀器有限公司.

2 實驗方法

2.1 甘蔗渣的改性方法

分別稱取一定量的甘蔗渣于燒杯中，加入一定量的改性劑，充分搖勻后封好瓶口，置于恒溫水浴振蕩器中，振蕩一定時間后，取下樣品，甘蔗渣用去離子水反復(fù)沖洗至中性，80°C 烘干備用.

2.2 廢水中鉻的檢測方法

參考文獻[7]的操作，廢水檢測最大吸收波長選定542 nm.

2.3 標準曲線制作方法

分別吸取1 mL、2 mL、4 mL、6 mL、8 mL、10 mL、12 mL、14 mL、16 mL、20 mL 濃度為2 mg/L 的鉻標準使用液于50 mL 容量瓶中，加入0.400 0 g 固體顯色劑，定容，放置10 min 后以相應(yīng)空白試劑作為參比，在542 nm 處測定其吸光度A，結(jié)果圖1 所示.

在0.04 ～0.8 mg/L 范圍內(nèi)，鉻的濃度與 A 有良好的線性關(guān)系，回歸方程為： A=0.011 26+0.783 44c，R=0.999 6，sd=0.01.

2.4 吸附實驗方法

準確吸取一定量的鉻溶液于燒杯中，加入適量的改性甘蔗渣，充分搖勻后封好瓶口放入恒溫水浴振蕩器中，在30°C 條件下震蕩2 h，振蕩結(jié)束后取下樣品，靜置10 min，過濾，取一定量的濾液，加入0.400 0 g 固體顯色劑，測量其中鉻的吸光度. 改性甘蔗渣對鉻的吸附量可以用下式計算[8]：

其中，q，改性甘蔗渣對鉻的吸附量，mg/g；0c ，開始時鉻的濃度，mg/L；1c ，吸附后鉻的濃度，mg/L；V，鉻溶液的體積，L；m，改性甘蔗渣的質(zhì)量，g.

圖1 鉻的標準曲線

3 結(jié)果與討論

3.1 穩(wěn)定性實驗

移取10 mL 的2 mg/L 的 Cr6+標準液于50 mL 容量瓶中，根據(jù)2.2的實驗方法測定溶液吸光度的變化，溶液在60 min 內(nèi)吸光度的變化不大，證明穩(wěn)定性較好.

3.2 甘蔗渣的改性

3.2.1 改性劑的影響

分別稱取0.100 0 g 甘蔗渣于 5 個燒杯中，再依次加入50 mL 去離子水和50 mL 的濃度皆為0.2 mol/L 的NaOH、HCl、器中，溫度設(shè)定為30°C，回旋模式，振蕩2h后取下樣品，抽CaCl2和NaCl溶液，充分搖勻后封好瓶口，置于恒溫水浴振蕩濾去除液體部分，用去離子水反復(fù)沖洗至中性，置于干燥箱中80°C烘干備用. 分別吸取10 mL 2 mg/L 的鉻溶液于5 個50 mL容量瓶中，用去離子水定容后轉(zhuǎn)移至燒杯中，分別加入0.100 0 g 不同改性劑改性的甘蔗渣，封好瓶口，在30°C條件下回旋模式振蕩2 h，振蕩結(jié)束后取下樣品，靜置10 min 后過濾，測定濾液中鉻的吸光度. 結(jié)果如圖2 所示，不同改性劑處理的甘蔗渣對鉻的去除效果有一定的差異. 用0.2 mol/L NaCl 改性甘蔗渣后，鉻的去除率達到了 51.08%. 因此后續(xù)實驗采用0.2 mol/L NaCl 溶液對甘蔗渣進行改性.

圖2 改性劑的影響

3.2.2 改性劑用量的影響

分別稱取0.100 0 g 甘蔗渣于 5 個燒杯中，依次用30 mL、40 mL、50 mL、60 mL、70 mL 的0.2 mol/L NaCl 溶液進行改性，封好瓶口后置于恒溫水浴振蕩器中，在30°C 條件下回旋模式振蕩2 h，振蕩結(jié)束后取下樣品，抽濾去除液體部分，用去離子水反復(fù)沖洗至中性，置于干燥箱中80°C 烘干備用. 按照3.2.1 實驗方法對 Cr6+溶液進行吸附，測定 Cr6+溶液的吸光度. 結(jié)果如圖3 所示，當(dāng)改性劑用量為50 mL 時，改性甘蔗渣對水中 Cr6+的吸附量達到最大，因此最佳改性劑的用量為50 mL.

3.2.3 改性時間的影響

根據(jù)3.2.1 的實驗方法，選取0.5 h、1.0 h、1.5 h、2.0 h 和2.5 h 作為改性甘蔗渣的時間. 由圖4可知，延長改性時間，改性甘蔗渣對水中 Cr6+的吸附量也隨之增加，當(dāng)改性時間超過1.5 h 后，改性甘蔗渣的吸附量基本不變，故1.5 h 為最佳改性時間.

3.2.4 改性溫度的影響

分別稱取0.100 0 g 的甘蔗渣于5 個燒杯中，加入50 mL 0.2 mol/L 氯化鈉溶液，封好瓶口后置于恒溫水浴振蕩器中，分別在15°C、20°C、25°C、30°C、35°C，振蕩1.5 h 條件下進行改性，抽濾，用去離子水反復(fù)沖洗至中性，置于干燥箱中80°C烘干備用. 按照3.2.1 實驗方法對 Cr6+溶液進行吸附，測定 Cr6+溶液的吸光度. 由圖5 可知，當(dāng)溫度為25°C時，改性甘蔗渣對水中 Cr6+的吸附量達到最大值，故25°C為最佳改性溫度.

圖3 改性劑用量對吸附效果的影響

圖4 改性時間對吸附效果的影響

圖5 改性溫度對吸附效果的影響

3.3 改性甘蔗渣對水中 Cr6+的吸附

3.3.1 吸附時間的影響

由圖6 可知，在吸附時間達到3.0 h 之前，延長吸附時間，改性甘蔗渣對水中鉻的吸附量也隨之增加；但當(dāng)吸附時間超過3.0 h 后，改性甘蔗渣的吸附量基本不變. 故3.0 h 為最佳吸附時間.

3.3.2 吸附溫度的影響

由圖7 可知，在吸附溫度達到25°C之前，升高吸附溫度，改性甘蔗渣對水中 Cr6+的吸附量也隨之增加，但當(dāng)吸附溫度超過25°C 后，改性甘蔗渣的吸附量基本不變. 故25°C 為最佳吸附溫度.

3.3.3 pH 值的影響

由圖8可知：當(dāng)溶液pH＞7 或者pH＜7 時，吸附量都會有所減小，當(dāng)吸附質(zhì)溶液越接近中性時，改性甘蔗渣的吸附效果越好，因此選擇pH=7 為最佳吸附質(zhì)pH值，此時對 Cr6+的最大吸附量為0.114 mg/g.

圖6 吸附時間對吸附效果的影響

圖7 溫度對吸附效果的影響

圖8 吸附質(zhì)pH 值對吸附效果的影響

3.4 改性甘蔗渣對水樣中 Cr6+的吸附

分別取一定量的自來水和率水河水，按照2.2實驗方法測定其中 Cr6+的吸光度A，結(jié)果如表1所示. 調(diào)節(jié)自來水pH值為中性，取50 mL 于燒杯中，加入1.000 0 g 改性甘蔗渣，密封好后放于振蕩器中，調(diào)節(jié)溫度為25°C，振蕩時間為3.0 h，吸附結(jié)束后靜置，濾液中加入0.400 0 g 固體顯色劑，測 Cr6+的吸光度，結(jié)果見表1. 率水河水吸附同樣處理. 經(jīng)過計算，銘的去除效果較為滿意.

表1 改性甘蔗渣對水樣的吸附

4 結(jié)論

本論文通過比較4 種溶液（NaOH、HCl、NaCl 和 CaCl2）對甘蔗渣改性后吸附水中 Cr6+的情況，確定NaCl 為本實驗的改性劑，甘蔗渣經(jīng)NaCl 改性后，對 Cr6+的吸附能力明顯提升. 同時通過一系列單因素實驗，確定了改性甘蔗渣和吸附水中 Cr6+的最佳實驗條件，在最佳條件下，水中 Cr6+的最大吸附量為0.114 mg/g，C r6+的去除率為69.0%，吸附效果良好，因此利用改性甘蔗渣進行水中 Cr6+的吸附處理，是一種行之有效的方法. 本文將在后期的研究中進行甘蔗渣的解吸附實驗，這樣甘蔗渣還可以回收再利用，符合綠色環(huán)保的要求.