C15型木质活性炭吸附铬(Ⅵ)的研究

雷 勇，陈旭泽，伍佳伟，周 颖，郭 嘉

(武汉工程大学化工与制药学院 绿色化工过程教育部重点实验室，湖北 武汉 430073)

活性炭是以富碳物质为原料，经高温炭化和活化制得的含有大量微孔和大比表面积的疏水性吸附剂[1-4]，应用广泛[5]。按原料来源不同，活性炭分为煤质炭、石油质炭、骨炭、血炭和生物质炭等多种类型。木质活性炭属于生物质炭，与纸张、松香一样是重要的林产化工品。福建省，特别是武夷山地区，是我国重要的林业基地，当地生产木质活性炭的企业达30余家，年产活性炭约3万t ，其中部分出口至欧美、东南亚、日本等地区和国家。由于此类活性炭具有原料来源丰富、价格低廉、比表面积较大、杂质含量低、吸附效果良好的特点，已广泛应用于食品、医药、电子化学品、催化剂载体、气体净化等领域[6-9]。

含铬工业废水主要来源于制革、纺织品、印染以及电镀行业，其中存在的铬元素以六价铬(即铬酸盐或重铬酸盐的形式)为主，六价铬毒性很高(较三价铬高出100倍)、容易被人体吸收且在体内蓄积，已被国家环保总局列为废水治理的重点元素之一，必须处理达标后排放[10-11]。

作者在此以C15型木质活性炭吸附废水中铬(Ⅵ)，并考察了不同吸附条件对吸附效果的影响，拟为开发新型的污水处理用活性炭提供理论依据。

1 实验

1.1 材料、试剂与仪器

C15型木质活性炭(粒径2.5～3.5 mm，强度>90%，耐压>3 kg，水分<10%，碘吸附量>700 mg·g-1，灰分<3%)，武夷山市林产化工厂。

重铬酸钾(优级纯)，上海嘉辰化工有限公司；二苯碳酰二肼(分析纯)，上海三爱思试剂厂。

BP210S型分析天平，上海精密仪器仪表有限公司；722/721型分光光度计，上海光谱仪器有限公司；PHS-3C型精密pH计，上海今迈仪器仪表有限公司；DF-101B型集热式恒温加热磁力搅拌器，郑州长城科工贸有限公司；DHG-9023型电热恒温鼓风干燥箱，杭州蓝天化验仪器厂；NR-30型振荡器，日本TAITEC株式会社。

1.2 工艺流程(图1)

图1C15木质活性炭吸附铬(Ⅵ)的工艺流程

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

2 结果与讨论

2.1 吸附时间对铬(Ⅵ)吸附量的影响

固定其它条件不变，考察吸附时间对铬(Ⅵ)吸附量的影响，结果见表1。

表1吸附时间对铬(Ⅵ)吸附量的影响

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

由表1可知，活性炭对铬(Ⅵ)的吸附量在1.5～4.5 h内增加较快，4.5 h后随着吸附时间的延长增加较慢，在6.0 h时吸附基本达到平衡。因此，适宜的吸附时间为6.0 h。

2.2 pH值对铬(Ⅵ)吸附量的影响

固定其它条件不变，考察pH值对铬(Ⅵ)吸附量的影响，结果见表2。

表2pH值对铬(Ⅵ)吸附量的影响

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

由表2可知，随着pH值的增大，活性炭对铬(Ⅵ)的吸附量逐渐减小。在实验过程中，当溶液pH值小于4时，重铬酸钾溶液的颜色由橙色变为绿色，这说明铬(Ⅵ)转变成了铬(Ⅲ)，并且在活性炭表面有气泡产生，酸性越强，反应越剧烈。原因主要是活性炭在强酸性条件下起了还原作用。由于铬(Ⅵ)为强还原剂，以各种形式存在于溶液中的铬(Ⅵ)与酸性条件下的活性炭接触，发生如下反应：

2.3 初始浓度对铬(Ⅵ)吸附量的影响

选择活性炭的加量为0.5 g左右，在室温下，以铬(Ⅵ)初始浓度为20～80 mg·L-1的重铬酸钾溶液与活性炭一起振荡吸附0.5 h，结果发现，铬(Ⅵ)的初始浓度越高，活性炭对铬(Ⅵ)的吸附量越大。

3 结论

C15型木质活性炭在吸附时间为6.0 h、pH值约大于4的条件下，对废水中铬(Ⅵ)有良好的吸附效果。且随着铬(Ⅵ)初始浓度的增大，活性炭对铬(Ⅵ)的吸附量也逐渐加大。

(致谢：感谢“E+”双专业一体化复合型人才培养模式创新实验区和湖北省高等学校大学生创新活动基地“武汉工程大学化工与环境类大学生创新活动基地”的支持!)

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