甘蔗渣活性炭处理含铬电镀废水

杨晓庆，方正，侯芳丽，葛天琪，张晋华 *

（1.南京理工大学泰州科技学院，江苏 泰州 225300；2.南京理工大学环境与生物工程学院，江苏 南京 210094）

电镀行业中镀铬、塑料电镀粗化和钝化的漂洗废水中含有大量含铬废水。Cr(VI)毒性很强，是强致癌物质。处理含铬废水的方法有化学法、离子交换法、电解法、吸附法及膜过滤法等，其中吸附法由于具有工艺简单，装备制造便宜，操作容易等优点而被广泛使用[1-3]。

我国南方很多地区甘蔗产量很大，直接用燃烧处理甘蔗渣不仅浪费了大量的资源，还严重污染大气，影响人类生存环境。利用甘蔗渣来制备活性炭既有效利用废弃物，又节约成本，不仅经济实用，而且减少了对环境的破坏[4-7]。本文以农林废弃物甘蔗渣为原料制备了活性炭，并应用于含铬电镀废水的处理中。

1 实验

1.1 试剂与仪器

主要试剂：氯化锌、重铬酸钾、盐酸、氢氧化钠。

主要仪器和设备：美的EV923KF6-NA 变频微波炉、北京普析通用仪器有限公司TAS-990 火焰原子吸收分光光度计、梅特勒–托利多仪器有限公司AL104电子天平、常州国华电器有限公司多用振荡器、上海精密科学仪器有限公司PHS-3C 型pH 计。

1.2 甘蔗渣活性炭的制备

称取5.000 0 g 干燥甘蔗渣，用20%的氯化锌溶液按质量比1∶10 浸渍48 h，沥干后用容器密封，以700 W功率微波活化6 min。先用稀盐酸酸洗，再用蒸馏水洗至中性，烘干，研磨备用。

1.3 模拟铬废水的配制

准确称取120°C 烘干至恒重的重铬酸钾0.282 9 g，溶解于水中后转移至100 mL 容量瓶中，加入5 mL 浓盐酸，再用水稀释定容至刻度线，摇匀即得1 000 mg/L铬标准溶液。取此铬标准溶液，通过稀释配制成所需质量浓度的铬溶液。

1.4 活性炭吸附含铬废水

准确称取一定量甘蔗渣活性炭于100 mL 一定质量浓度的铬溶液中，置于振荡器中振荡吸附一定时间，静置过滤，用火焰原子分光光度法测定铬的剩余含量，吸附量q和去除率η 按式(1)和式(2)计算。

式中：ρ0和ρt分别代表Cr 溶液初始和t时刻的质量浓度，mg/L；V为移取铬的溶液体积，L；m为吸附剂质量，g。

2 结果与讨论

2.1 铬初始质量浓度对吸附的影响

固定甘蔗渣活性炭质量为0.050 0 g，振荡温度为20°C，吸附时间为20 min，溶液pH为6，考察铬初始质量浓度对吸附效果的影响，结果见图1。

图1 铬初始质量浓度对吸附的影响Figure 1 Effect of the initial mass concentration of chromium on adsorption

图1 表明，随铬初始质量浓度增大，活性炭的吸附量逐渐增加，而铬的去除率逐渐降低。这是因为当铬初始质量浓度较低时，活性炭可充分吸附铬，铬的去除率大，而随铬质量浓度增加，活性炭逐渐饱和，大量的铬不能被吸附，去除率下降。所以，活性炭吸附法适用于处理低质量浓度的含铬废水。

2.2 温度对吸附效果的影响

固定甘蔗渣活性炭质量为0.050 0 g，吸附时间20 min，铬初始质量浓度为20.00 mg/L，溶液pH为6，考察吸附温度对吸附效果的影响，结果见图2。

图2 温度对吸附的影响Figure 2 Effect of temperature on adsorption

由图2 可知，随着温度升高，活性炭对铬的吸附量和铬的去除率均增大。温度从10°C 增加到50°C，活性炭的吸附量从24.42 mg/g 增至26.53 mg/g，铬的去除率则从61.05%增至66.32%。这是因为吸附是吸热反应，所以温度升高有利于吸附。虽然升温有利于吸附的进行，但是从图中可见效果并不明显。为降低操作费用，选择常温条件15～35°C 进行吸附。

2.3 溶液pH 对吸附效果的影响

固定甘蔗渣活性炭质量为0.050 0 g，反应温度为20°C，吸附时间20 min，铬初始质量浓度为20.00 mg/L，考察溶液pH 对吸附效果的影响，结果见图3。

由图3 可见，随pH 增加，活性炭的吸附量和铬的去除率均下降。pH 在3～5时，由于活性炭表面的羟基(─OH)、甲氧基(─COH3)等基团上的氢具有较大的静电引力，能吸附等负离子，形成一个相对稳定的结构，从而有利于活性炭的吸附[8]。随pH升高，OH−浓度增大，由于活性炭含氧基团与OH−的亲和力大于对铬的亲和力，吸附量与去除率下降。考虑到GB 21900–2008《电镀污染物排放标准》，选择pH为5，吸附完成后调节pH 在6～9 范围内，便可达标排放。

2.4 吸附时间对吸附效果的影响

固定甘蔗渣活性炭质量为0.050 0 g，振荡温度为20°C，铬初始质量浓度为20.00 mg/L，溶液pH为5，考察吸附时间对吸附效果的影响，结果见图4。

图4 时间对吸附的影响Figure 4 Effect of time on adsorption

由图4 可知，随吸附时间增加，活性炭的吸附量和对铬的去除率也相应增大。60 min 后，继续延长时间，吸附量和去除率的增加趋于平缓，说明吸附已基本平衡。选择吸附时间为60 min，此时活性炭的吸附量为32.32 mg/g，铬的去除率达到80.79%。

2.5 活性炭投加量对吸附效果的影响

固定振荡温度为20°C，吸附时间60 min，铬初始质量浓度为20.00 mg/L，溶液pH为5，考察活性炭投加量对吸附的影响，结果见图5。

图5 活性炭投加量对吸附的影响Figure 5 Effect of the dosage of activated carbon on adsorption

由图5 可见，随活性炭投加量增加，铬的去除率不断增大。这是因为随活性炭投加量增加，活性炭提供了更大的比表面积，所以促进了吸附。当投加量达到1 g/L时，铬的去除率达94.00%，再继续投加，去除率的增加趋于平缓，吸附已基本达到平衡。因此，活性炭投加量为1 g/L，吸附1 g 铬需活性炭53 g，远少于贾陈忠等[9]报道的需活性炭200 g。

2.6 在实际含铬废水中的应用

实际含铬废水取自泰州某电镀厂，其pH为2.54，主要成分为：总铬20.01 mg/L，Cr(VI)15.24 mg/L，Zn2+1.97 mg/L，Ni2+1.27 mg/L，Cu2+1.79 mg/L。

取100 mL 上述电镀废水，调节pH为5，投入0.100 0 g 甘蔗渣活性炭，20°C 振荡1 h。经多次重复试验，废水处理后总铬为1.30 mg/L，Cr(VI)、Zn2+、Ni2+、Cu2+等均未检出，出水水质达到GB 21900–2008表1 中总铬1.50 mg/L 的要求。同等处理条件下，投入0.200 0 g 甘蔗渣活性炭，废水处理后总铬为0.33 mg/L，出水水质可满足表3 中总铬0.50 mg/L 的要求。

3 结论

(1)以甘蔗渣为原料，氯化锌为活化剂，微波制备甘蔗渣活性炭。该活性炭具有较强的铬吸附能力，对模拟含Cr 废水(铬初始质量浓度20.00 mg/L，pH=5)，投加量1 g/L，在20°C 下吸附60 min，Cr 的去除率可达94.00%。

(2)甘蔗渣活性炭处理20.01 mg/L 的实际含铬废水，投加1 g/L 处理后总铬为1.30 mg/L，出水水质符合GB 21900–2008 表1 的要求；投加2 g/L 处理后总铬为0.33 mg/L，出水水质符合表3 的要求。

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[5]卢敬科.改性活性炭的制备及其吸附重金属性能的研究[D].杭州:浙江工业大学,2009.

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