改性木屑吸附处理含Cr(Ⅵ)废水

赵 晖，廖 祥，陈金文，周丽花，李 婳

(1.武汉纺织大学 环境工程学院，湖北 武汉 430073;2.华中师范大学第一附属中学，湖北 武汉 430223)

改性木屑吸附处理含Cr(Ⅵ)废水

赵 晖1，廖 祥1，陈金文1，周丽花1，李 婳2

(1.武汉纺织大学 环境工程学院，湖北 武汉 430073;2.华中师范大学第一附属中学，湖北 武汉 430223)

对改性木屑处理含Cr(Ⅵ)废水进行了研究，考察了溶液Cr(Ⅵ)初始质量浓度、溶液pH、木屑加入量、吸附时间对吸附效果的影响。实验结果表明:在溶液初始Cr(Ⅵ)质量浓度15 mg/L、溶液pH 2.0、木屑加入量7.5 g/L、吸附时间60 min的优化实验条件下，硝酸改性木屑比磷酸改性木屑吸附效果好，硝酸改性木屑对Cr(Ⅵ)的吸附率达到85%，磷酸改性木屑对Cr(Ⅵ)的吸附率为76%。

木屑;改性;吸附;铬;废水处理

工业废水是水体污染的主要污染源，重金属废水污染更加严重。重金属不能被生物降解，可参与食物链循环并最终在生物体内积累，通过饮水和食物链对人类产生广泛和严重的危害［1－2］。Cr处于周期表中的第Ⅵ副族，在自然界中，主要以Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)存在。含Cr废水中的Cr主要以Cr(Ⅵ)化合物存在，与Cr(Ⅲ)相比，Cr(Ⅵ)具有致癌致突变能力，而且容易迁移，具有很强的氧化能力，在低浓度下也具有相当大的毒性，毒性是 Cr(Ⅲ)的100倍，对环境具有很大的危害，因而降低水体中Cr的含量尤为重要［3－8］。

吸附法是利用吸附剂的独特结构去除重金属离子的一种具有潜力的废水净化措施［9］。常用的高效吸附剂是活性炭，但因制备成本高、再生困难，使其应用受到限制。近年来，利用生物质材料为吸附剂处理废水逐渐成为一个研究热点［10－11］。虽然生物质材料对污染物的吸附量比活性炭小，但由于生物质材料来源丰富、取材方便、价格低廉、用后不必再生可直接处理等，大大降低了废水的处理费用，因而具有很好的应用前景［12－15］。

本工作以木屑［16－17］为吸附剂，处理含 Cr(Ⅵ)废水，考察了吸附过程的影响因素，并对 Cr(Ⅵ)的吸附热力学特征进行了研究。

1 实验部分

1.1 材料、试剂与仪器

重铬酸钾:优级纯;其他试剂均为分析纯。

800型摇摆式中药粉粹机:大德药机公司;DHG－9123A型电热恒温鼓风干燥烘箱:上海一恒科学仪器有限公司;JJ－8型六联定时电动搅拌器:国华电器有限公司;PHS－4型酸度计:上海大普仪器有限公司;WFZ UV－2100型紫外－可见分光光度计:尤尼柯仪器有限公司。

1.2 木屑的改性处理

称取200 g木屑，置于2.5 L大烧杯中，加入500 mL浓度为 1 mol/L的磷酸溶液(或硝酸溶液)，搅拌l h后，过滤去除液体部分，用去离子水清洗至中性，在80℃下烘干即得改性木屑。

1.3 Cr(Ⅵ)储备液的制备

称取120℃干燥2 h的重铬酸钾0.282 9 g，用蒸馏水溶解后移入1 000 mL容量瓶定容。所得储备液的 Cr(Ⅵ)质量浓度为100 mg/L，pH 5.5 ～6.0。

1.4 吸附实验

2.1 两组患者干预前后应对方式和社交心理评分比较 两组患者入院时，在TCSQ、SAD、UCLA、RSES量表得分方面差异无统计学意义(P>0.05)。干预4周后，干预组TCSQ积极应对方式、SAD、UCLA、RSES得分均优于对照组，差异有统计学意义(P<0.01)，见表1。

在20℃时，取不同质量浓度的 Cr(Ⅵ)溶液200 mL，用1.0 mol/L HCl或 NaOH调节溶液的pH，加入一定量的木屑，在150 r/min水浴恒温振荡器中振荡吸附一定时间后取样，静置10 min后过滤，取滤液采用二苯碳酰二肼比色法于波长540 nm处测定吸光度［18］，并计算Cr(Ⅵ)吸附率。

2 结果与讨论

2.1 吸附时间对Cr(Ⅵ)吸附率的影响

当溶液初始Cr(Ⅵ)质量浓度为25 mg/L、木屑加入量为7.5 g/L、溶液pH为6.0时，吸附时间对Cr(Ⅵ)吸附率的影响见图1。

图1 吸附时间对Cr(Ⅵ)吸附率的影响

由图1可见:当吸附时间相同时，不同方式处理的木屑对Cr(Ⅵ)吸附率的大小顺序为硝酸改性木屑＞磷酸改性木屑＞未改性木屑;当吸附时间为10～60 min时，Cr(Ⅵ)吸附率增大，当吸附时间超过60 min后，Cr(Ⅵ)吸附率随时间变化不大;当吸附时间为60 min时，硝酸改性木屑、磷酸改性木屑、未改性木屑对Cr(Ⅵ)吸附率分别为39%，38%，9%。3种木屑对Cr(Ⅵ)均有吸附效果，改性木屑的吸附效果好于未改性木屑。实验选择优化吸附时间为60 min。

2.2 木屑加入量对Cr(Ⅵ)吸附率的影响

当溶液初始Cr(Ⅵ)质量浓度为25 mg/L、溶液pH为6.0、吸附时间为60 min时，木屑加入量对Cr(Ⅵ)吸附率的影响见图2。由图2可见:随着木屑加入量增大，Cr(Ⅵ)吸附率增大;当木屑加入量大于7.5 g/L后，Cr(Ⅵ)吸附率变化不大。木屑的主要成分为纤维素、半纤维素、果胶、木素和蛋白质，其结合重金属离子的活性部位是巯基、氨基、邻醌和邻酚羟基，具有天然交换能力和吸附特性;而经改性处理后的木屑可产生官能作用与交联作用，使其稳定性和化学吸附能力提高，能有效地脱除重金属离子［19］。故选取木屑的加入量为7.5 g/L。

图2 木屑加入量对Cr(Ⅵ)吸附率的影响

2.3 溶液pH对Cr(Ⅵ)吸附率的影响

溶液pH会影响Cr(Ⅵ)在水溶液中的形态，并对吸附剂上的化学官能团活性产生影响［20－21］。当溶液初始Cr(Ⅵ)质量浓度为25 mg/L、木屑加入量为7.5 g/L、吸附时间为 60 min时，溶液 pH对Cr(Ⅵ)吸附率的影响见图3。由图3可见，随着溶液pH的增大，木屑对Cr(Ⅵ)的吸附率迅速减小;当溶液pH为 1.0时，木屑对Cr(Ⅵ)的吸附率最大，未改性木屑、磷酸改性木屑、硝酸改性木屑对Cr(Ⅵ)吸附率分别达到35%，63%，74%;当溶液pH为2.0时，未改性木屑、磷酸改性木屑、硝酸改性木屑对 Cr(Ⅵ)吸附率分别达到32%、61%和70%，说明酸性环境有利于吸附剂对Cr(Ⅵ)的吸附。在酸性环境中Cr(Ⅵ)很快被还原为Cr(Ⅲ)，易于被改性木屑吸附或形成稳定络合物。溶液pH为1.0和2.0时，Cr(Ⅵ)吸附率相差不大，实验选择溶液pH 为2.0。

图3 溶液pH对Cr(Ⅵ)吸附率的影响

2.4 溶液初始Cr(Ⅵ)质量浓度对Cr(Ⅵ)吸附率的影响

当木屑加入量为7.5 g/L、溶液 pH 为2.0、吸附时间为60 min时，溶液初始Cr(Ⅵ)质量浓度对溶液初始Cr(Ⅵ)吸附率的影响见图4。

图4 溶液初始Cr(Ⅵ)质量浓度对Cr(Ⅵ)吸附率的影响

由图4可见:随着溶液初始Cr(Ⅵ)质量浓度的增加Cr(Ⅵ)的吸附率减小;当Cr(Ⅵ)质量浓度小于25 mg/L时，吸附率较高，这是由于吸附剂所具有的吸附点位数量一定，对低浓度的Cr(Ⅵ)溶液，可提供的吸附表面较多，吸附率可不受浓度的影响;当溶液初始Cr(Ⅵ)质量浓度为15 mg/L时，硝酸改性木屑、磷酸改性木屑对Cr(Ⅵ)吸附率分别达到85%和76%，而未改性木屑对Cr(Ⅵ)吸附率仅为38%。因为经过磷酸或硝酸改性木屑的化学组分中的半纤维素和纤维素分解，使多糖转换成单糖，因而更容易与物质发生亲和作用［4］。实验选择溶液初始Cr(Ⅵ)质量浓度为15 mg/L。

2.5 吸附过程反应级数

为了确定吸附过程的反应级数，将吸附量(q，mg/g)和吸附时间(t，min)代入Langergren准一级反应动力学方程［10］，见式(1)。

式中:qe和qt分别为吸附平衡时和t时间的Cr(Ⅵ)吸附量，mg/g;kad是吸附速率常数，min－1。lg(qeqt)与t的关系见图5。硝酸改性木屑、磷酸改性木屑线性吸附反应动力学方程相关系数分别为0.969 7，0.988 5，说明该反应符合 Langergren 准一级反应动力学方程。而未改性木屑吸附Cr(Ⅵ)方程相关系数仅为0.864 1。

图5 lg(qe－qt)与t的关系

3 结论

a)未改性木屑和改性木屑对含Cr(Ⅵ)废水均有吸附作用，利用硝酸和磷酸改性处理后的木屑对含Cr(Ⅵ)废水的吸附性能明显优于未改性木屑，且吸附过程符合Langergren准一级反应动力学方程。

b)磷酸改性木屑和硝酸改性木屑处理含Cr(Ⅵ)废水的优化条件为:溶液初始Cr(Ⅵ)质量浓度 15 mg/L，溶液 pH 2.0，木屑加入量 7.5 g/L，吸附时间60 min。

c)在优化条件下，硝酸改性木屑比磷酸改性木屑吸附效果好，硝酸改性木屑对Cr(Ⅵ)吸附率达到85%，磷酸改性木屑为76%。说明不同的改性条件，对吸附率有不同的影响。

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Removal of Cr(Ⅵ)from Wastewater by Modified Woodflour Adsorption

Zhao Hui1，Liao Xiang1，Chen Jinwen1，Zhou Lihua1，Li Hua2
(1.School of Environmental Engineering，Wuhan Textile University，Wuhan Hubei 430073，China;
2.NO.1 Middle School Attached to Central China Normal University，Wuhan Hubei 430223，China)

The treatment of Cr(Ⅵ)-containing wastewater using modified woodflour was studied.The factors affecting the adsorption effect were investigated.The experimental results show that:Under the optimum conditions of initial Cr(Ⅵ)mass concentration 15 mg/L，solution pH 2.0，woodflour dosage 7.5 g/L and adsorption time 60 min，the adsorption effect on woodflour modified by nitric acid with 85%of Cr(Ⅵ)adsorption efficiency is better than that by phosphoric acid with 76%of Cr(Ⅵ)adsorption efficiency.

woodflour;modification;adsorption;chromium;wastewater treatment

X703.1

A

1006－1878(2011)05－0402－04

2011－02－26;

2011－05－16。

赵晖(1968—)，女，湖北省武汉市人，硕士，副教授，研究方向为工业废水的处理。电话15327215801，电邮2002zhaohui@wtu.edu.cn。

中国纺织工业协会项目“农林废弃物对印染废水脱色处理的研究”(2008036)。

(编辑 张艳霞)