改性生物吸附材料对废水中Cr6+的吸附性能研究

齐丹+王玉杰

摘 要：为使农林废弃物得到有效利用，减少资源浪费和环境污染，用酸溶液对木屑进行改性，研究改性前后对废水中Cr6+的吸附性能和吸附机理。研究结果表明：改性木屑的吸附性能明显优于未改性木屑。改性木屑最佳吸附平衡时间为1.5 h，且在pH小于4以下的酸性环境下表现出较强的吸附能力，对低浓度的含铬废水吸附效果更明显，吸附效果随着吸附剂投加量的增加先增高后逐渐达到平衡。通过吸附机理研究得出：木屑吸附动力学与Langmuir吸附等温模型相吻合。

关键词：改性 木屑 吸附 吸附性能

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（c）-0080-04

农林废弃物指农业和林业生产与加工过程中产生的副产品和废弃物[1]。作为生物质材料，廉价易得的农林废弃物主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，还含有少量粗蛋白、脂肪、单宁、生物碱、甾醇等[2-3]。这些物质中含有大量醇-OH、酚-OH、醚-O-、-NH2-、醛-CHO和酮-CO等极性基团，有助于吸附废水中的重金属离子[4]。尤其是在对它们改性处理后，对重金属废水的去除率更是明显提高[5-6]。我国对于农林废弃物的处理绝大部分是直接焚烧或填埋，只有小部分用于能源化、饲料、肥料和材料化应用中，对资源造成了浪费、对环境造成了污染。该实验研究改性木屑对废水中六价铬的去除效果，分析吸附剂投加量、pH值、吸附时间、铬离子初始浓度对吸附效果的影响，并对吸附机理进行研究。

1 材料和方法

1.1 实验材料

杉木木屑。

1.2 主要仪器设备

UV-2550型紫外可见分光光度计（岛津企业管理有限公司）；FA2204B型电子天平（上海精科天美仪器厂）；JJ-4型六联同步电动搅拌器（金坛市中央仪器厂）；TDL-80-2B型高速台式离心机（金坛市盛蓝仪器厂）；DEF-OB型真空干燥箱（金坛市盛蓝仪器厂）；SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵（郑州长城科工贸公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 预处理

木屑除掉可见杂质，用一定浓度的NaOH溶液除色，并除掉上层浮渣。然后水洗至中性，抽滤，105 ℃干燥、冷却后粉碎过100目筛，备用。

1.3.2 改性

将经过预处理的木屑用10%的磷酸溶液加热煮沸，静置浸泡3 h后，用纯水洗至中性，于110 ℃干燥箱中干燥，取出冷却后过100目筛，即得到试验所需的改性木屑。

1.3.3 六价铬波长的扫描

50 mL具塞比色管中加入0.2 mL铬标准使用液，用纯水稀释到刻度，加入（1+1）硫酸和（1+1）磷酸各0.5 mL，摇匀，再加入2 mL显色剂，摇匀。10 min后，用紫外可见分光光度计扫描，确定显色波长。

1.3.4 六价铬的标准曲线绘制

方法同1.3.3，分别取铬标准使用液0 mL、0.20 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL、4.00 mL、6.00 mL、8.00 mL和10.00 mL进行显色反应，用紫外可见分光光度计于542 nm处扫描，绘制标准曲线。

1.3.5 单因素实验的设计

设定吸附时间、pH、吸附剂投加量、废水初始浓度4个单因素，每个单因素5个水平，考察不同吸附条件对铬离子去除率的影响。

（1） 取100 mL、100 mg/L模拟废水，分别投加改性和未改性吸附剂1 g，原水pH下，搅拌0.5 h，静置吸附时间设为0.5 h、1 h、1.5 h、2 h、2.5 h，离心分离，扫描计算去除率。

（2） 配置模拟废水浓度分别为50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L、200 mg/L、250 mg/L，各取100 mL，分别投加改性和未改性吸附剂1 g，原水pH下，搅拌0.5 h，静置吸附1 h，离心分离，扫描计算去除率。

（3） 取100 mL、100 mg/L模拟废水，分别投加改性和未改性吸附剂0.5 g、1 g、1.5 g、2 g、2.5 g，原水pH下，搅拌0.5 h，静置吸附1 h，离心分离，扫描计算去除率。

（4） 取100 mL、100 mg/L模拟废水，分别投加改性和未改性吸附剂1 g，pH分别调至2、4、6、8、10，搅拌0.5 h，静置吸附1 h，离心分离。再将离心上清液pH调至中性，扫描计算去除率。

1.3.6 吸附等温线拟合

室温条件下，称取各1 g木屑和改性木屑，分别投加到体积为100 mL，浓度分别为50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L、200 mg/L、250 mg/L的模拟废水中，搅拌0.5 h，静置吸附1.5 h，待所有溶液吸附达到平衡后，测定废水中剩余Cr6+浓度，分别做Langmuir式和Freundlich线性拟合。

2 结果与分析

2.1 Cr6+的光谱扫描

按1.3.3中试验方法扫描Cr6+的紫外可见吸收光谱，见图1。结果表明，在542 nm处有最大吸收峰，因此确定样品溶液吸光度波长为542 nm。

2.2 Cr6+标准曲线

按1.3.4中试验方法扫描绘制Cr6+标准曲线，见图2。

2.3 单因素实验结果及分析

2.3.1 静置吸附时间对Cr6+去除率的影响

按1.3.5（1）中试验方法，研究不同静置吸附时间对木屑和改性木屑吸附Cr6+的影响，结果见图3。

由图3可知：改性木屑在处理含Cr6+废水中的吸附性能明显优于未改性木屑。静置吸附时间对未改性木屑吸附能力的影响不是特别明显，只有小幅度地增加；而对改性木屑吸附能力影响较大，随着静置吸附时间的增加去除率明显升高，在1.5 h处，几乎达到吸附平衡。