活性炭和改性活性炭对六价铬吸附行为的研究

纪智玲，刘 杰，艾 贺，李 鑫

（沈阳化工大学 化学工程学院，辽宁 沈阳 110142）

目前，含铬废水的处理方法有混凝沉淀/化学沉淀法、离子交换法、膜分离技术和吸附法等[3]。这些方法都有各自的优缺点，其中吸附法具有去除效率较高、操作简单、吸附剂可再生，环保等优点，因而得到广泛关注。

1 实验部分

1.1 仪器及试剂

UV-2601型紫外可见分光光度；ZD-85型恒温振荡器；PHS23C型pH计。

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

1.2 实验方法

活性炭的改性：取一定量洗净干燥好的8～20目的活性炭，于500mL的1mol·L-1浓度的HNO3溶液中用磁力搅拌器快速搅拌3h后，将活性炭分离出来，用去离子水洗涤至pH值为7，滤除滤液放入干燥箱中108℃干燥24h，干燥完成后放入干燥器中备用。

铬离子浓度的分析方法：Cr（VI）含量采用二苯炭酰二肼分光光度法进行测定。模拟铬废水用去离子水加入K2Cr2O7配制而成。

绘制校准曲线：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铬标准溶液，然后用水稀释至标线。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，溶液显色稳定，用紫外可见分光光度计在波长540nm处测量它的吸光度，可得到铬离子浓度随吸光度变化的标准曲线。

最佳吸附条件的确定：量取10mL配置好的铬标准溶液（5mg·L-1）到两组150mL锥形瓶中，分别加入0.05g活性炭和0.05g改性活性炭，于25℃室温下恒温振荡器中振荡20，40，60，80，100min。取滤液8mL并定容到50mL比色管中，测定该溶液中的铬离子浓度，确定最佳吸附平衡时间。同理，分别改变吸附剂用量、pH值进行实验，从而得到两种吸附剂对Cr6+的最佳吸附条件。

2 结果与讨论

2.1 吸附时间对吸附效果的影响

将不同浓度并加入一定量吸附剂的铬溶液放入恒温振荡器中，25℃室温下在恒温振荡器中分别振荡20，40，60，80，100min，不同条件下两种吸附剂对铬的吸附效果见图1。

图1 吸附时间对铬离子去除率的影响Fig.1 Effect of time on Cr（VI）removal rate

图1的实验结果表明，未改性的活性炭吸附曲线在100min以后趋于水平，改性后的活性炭在80min曲线趋于水平。从曲线的趋势可以看出刚开始Cr6+从溶液主体扩散到活性炭表面速度较快，随着吸附的进行，Cr6+由吸附剂颗粒的外表面经颗粒内的毛细孔扩散到颗粒的内表面，在毛细孔孔中的传质速度减慢。一段时间后，吸附容量达到最大，此时溶液中的Cr（VI）的浓度不在发生变化，溶液达到吸附平衡。从图中可以看出，改性活性炭在各个时间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，达到吸附平衡时间更短。

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2.2 吸附剂用量对吸附效果的影响

实验确定了未改性和改性活性炭的吸附平衡时间分别为100和80min，在此条件下改变吸附剂投加量分别为0.02，0.04，0.05，0.06和0.08g，重复前述实验，确定吸附剂的加入量对吸附效果的影响，实验结果见图2。

图2 吸附剂用量对铬离子去除率的影响Fig.2 Effect of adsorbent amount on Cr（VI）removal rate

从图2看出，随着活性炭用量的增加，Cr（VI）的去除率逐渐上升。当吸附剂加入量较少时，溶液体系中吸附点位总量不够，去除率存在较大上升“空间”，因此，当吸附剂用量增大时，去除率也以很快的趋势上升，最终去除率达到最高值。改性后的活性炭吸附量提高较多，达到吸附平衡时铬离子去除率也较高，在该实验条件下改性后的活性炭仅需0.05g即达到了最大去除率。

2.3 pH 值对吸附效果的影响

分别用0.1mol·L-1的HCl和NaOH调节水样pH值分别为2，4，5，8，10，14于25℃在恒温振荡器中振动100min。pH值对于两种吸附剂的吸附效果影响见图5。

图3 pH 值对铬离子去除率的影响Fig.3 Effect of pH on Cr（VI）removal rate

2.4 吸附平衡的研究

式中 q：吸附平衡时的吸附量，mg·g-1；c：吸附平衡时吸附质的浓度，mg·L-1；qm：饱和吸附量，mg·g-1；b：吸附系数。

3 结论

（1）用HNO3改性后的活性炭在相同条件下的脱出效果都明显优于未改性活性炭的脱除效果。

（2）活性炭、改性活性炭吸附Cr（VI）的受pH值影响较大，在pH值小于3时的强酸性条件下有较高的去除率。随着吸附剂投加量的增加，吸附时间的延长，Cr（VI）的去除率也不断提高，当含铬废水初始浓度为5mg·L-1时，活性炭的最佳投加量为0.6 g/100mL，改性活性炭为0.5g/100mL。

（3）两种吸附剂吸附Cr（VI）的吸附等温方程都符合Langmuir方程。实验结果表明，两种吸附剂用于去除水中Cr（VI）的均有较明显效果，改性后吸附效果更佳成本也更低廉，改性活性炭可作为处理含铬废水的有效方法。

［1］中华人民共和国环境保护部.2010年全国环境质量报告［R］.环境保护部，2011.

［2］汪大翠，徐新华，宋爽.工业废水中专项污染物处理手册［M］.北京:化学工业出版社,2000.28-31.

［3］王绍文，邹元龙，杨晓莉,等.冶金工业废水处理技术及工程实例［M］.北京：化学工业出版社，2008.201-202.

［4］宋华，陈颖，等.化工分离工程［M］.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003.201-205.

［5］黄文强，李晨曦，等.吸附分离材料［M］.北京：化学工业出版社，2005.73-78.