改性甘蔗渣吸附水中Cr6+的研究

邢楠楠，朱泰忠，王莉雨，周恩会，郭沛文，余意，刘可锋

（黄山学院 化学化工学院，安徽 黄山 245041）

废水中的六价铬毒性强，氧化性也强，能对皮肤肠道等造成伤害，甚至导致癌变. 因此，去除废水中的铬是国内外环境化学领域的研究热点. 目前，已经有多种方法能够有效去除水中的铬，如化学还原法[1]、电解法[2]和吸附法[3]等. 化学还原法操作简单，应用前景好但处理费用高；电解法具有良好的去除效果，但成本高. 吸附法具有简单高效且无二次污染的特点，是具有很大应用前景的污水处理方法. 自然界中很多低廉的天然矿物都可以被用于吸附水中的铬，它们的吸附能力相差较大，一般吸附量相对较低. 甘蔗渣是一种表面多孔的植物材料，由于纤维素上有羟基存在，使其具有吸附能力，但通常情况下吸附能力达不到人们的要求，需要通过改性来增加其吸附性能. 目前，已有改性甘蔗渣对废水中 Pd2+、 Cd2+的吸附研究[4-5]以及改性甘蔗渣对水中酸性染料的吸附[6]，改性甘蔗渣吸附水中 Cr6+的研究报道还很少见. 因此，本论文研究了改性甘蔗渣对水中 Cr6+的吸附情况.

1 仪器、试剂与材料

取产自黄山本地的黑皮甘蔗，榨干水分，用去离子水反复冲洗除去渣中的残余糖分，然后将甘蔗渣放在干燥箱中，在80°C 下干燥24 h，粉碎，过150 目筛，粒径约0.106 mm.

重铬酸钾、氨基磺酸、1,5-二苯基碳酰二肼、氟化钠、无水氯化钙、氯化钠、氢氧化钠、盐酸等均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司生产.

铬标准溶液（100 mg/L）：准确称取重铬酸钾0.282 9 g，加入适量去离子水定容至刻度，将铬标准溶液稀释50 倍，可得到铬标准使用液（2 mg/L）.

固体显色剂的配制[7]：准确称取二苯基碳酰二肼0.500 0 g，氟化钠10.000 0 g 在研钵中充分研细，再称取氨基磺酸30.000 0 g 加入其中并继续研磨数分钟使各成分分散均匀，用试剂瓶装好保存于阴暗干燥处.

电热鼓风干燥箱：GZX-9140MBE型，上海博迅实业有限公司医疗设备厂；电子分析天平：CP224C，奥豪斯仪器（常州）有限公司；紫外-可见分光光度计：UV-1100，上海美谱达仪器有限公司；水浴恒温振荡器：SHA-B，江苏省金坛市医疗器械有限公司；循环水式真空泵：SHZ-D(Ⅲ)，巩义市予华仪器有限责任公司；pH计：pHS-3C型，上海仪电科学仪器股份有限公司；超细粉碎机：GZ-80S，上海高致精密仪器有限公司.

2 实验方法

2.1 甘蔗渣的改性方法

分别称取一定量的甘蔗渣于烧杯中，加入一定量的改性剂，充分摇匀后封好瓶口，置于恒温水浴振荡器中，振荡一定时间后，取下样品，甘蔗渣用去离子水反复冲洗至中性，80°C 烘干备用.

2.2 废水中铬的检测方法

参考文献[7]的操作，废水检测最大吸收波长选定542 nm.

2.3 标准曲线制作方法

分别吸取1 mL、2 mL、4 mL、6 mL、8 mL、10 mL、12 mL、14 mL、16 mL、20 mL 浓度为2 mg/L 的铬标准使用液于50 mL 容量瓶中，加入0.400 0 g 固体显色剂，定容，放置10 min 后以相应空白试剂作为参比，在542 nm 处测定其吸光度A，结果图1 所示.

在0.04 ～0.8 mg/L 范围内，铬的浓度与 A 有良好的线性关系，回归方程为： A=0.011 26+0.783 44c，R=0.999 6，sd=0.01.

2.4 吸附实验方法

准确吸取一定量的铬溶液于烧杯中，加入适量的改性甘蔗渣，充分摇匀后封好瓶口放入恒温水浴振荡器中，在30°C 条件下震荡2 h，振荡结束后取下样品，静置10 min，过滤，取一定量的滤液，加入0.400 0 g 固体显色剂，测量其中铬的吸光度. 改性甘蔗渣对铬的吸附量可以用下式计算[8]：

其中，q，改性甘蔗渣对铬的吸附量，mg/g；0c ，开始时铬的浓度，mg/L；1c ，吸附后铬的浓度，mg/L；V，铬溶液的体积，L；m，改性甘蔗渣的质量，g.

图1 铬的标准曲线

3 结果与讨论

3.1 稳定性实验

移取10 mL 的2 mg/L 的 Cr6+标准液于50 mL 容量瓶中，根据2.2的实验方法测定溶液吸光度的变化，溶液在60 min 内吸光度的变化不大，证明稳定性较好.

3.2 甘蔗渣的改性

3.2.1 改性剂的影响

分别称取0.100 0 g 甘蔗渣于 5 个烧杯中，再依次加入50 mL 去离子水和50 mL 的浓度皆为0.2 mol/L 的NaOH、HCl、器中，温度设定为30°C，回旋模式，振荡2h后取下样品，抽CaCl2和NaCl溶液，充分摇匀后封好瓶口，置于恒温水浴振荡滤去除液体部分，用去离子水反复冲洗至中性，置于干燥箱中80°C烘干备用. 分别吸取10 mL 2 mg/L 的铬溶液于5 个50 mL容量瓶中，用去离子水定容后转移至烧杯中，分别加入0.100 0 g 不同改性剂改性的甘蔗渣，封好瓶口，在30°C条件下回旋模式振荡2 h，振荡结束后取下样品，静置10 min 后过滤，测定滤液中铬的吸光度. 结果如图2 所示，不同改性剂处理的甘蔗渣对铬的去除效果有一定的差异. 用0.2 mol/L NaCl 改性甘蔗渣后，铬的去除率达到了 51.08%. 因此后续实验采用0.2 mol/L NaCl 溶液对甘蔗渣进行改性.

图2 改性剂的影响

3.2.2 改性剂用量的影响

分别称取0.100 0 g 甘蔗渣于 5 个烧杯中，依次用30 mL、40 mL、50 mL、60 mL、70 mL 的0.2 mol/L NaCl 溶液进行改性，封好瓶口后置于恒温水浴振荡器中，在30°C 条件下回旋模式振荡2 h，振荡结束后取下样品，抽滤去除液体部分，用去离子水反复冲洗至中性，置于干燥箱中80°C 烘干备用. 按照3.2.1 实验方法对 Cr6+溶液进行吸附，测定 Cr6+溶液的吸光度. 结果如图3 所示，当改性剂用量为50 mL 时，改性甘蔗渣对水中 Cr6+的吸附量达到最大，因此最佳改性剂的用量为50 mL.

3.2.3 改性时间的影响

根据3.2.1 的实验方法，选取0.5 h、1.0 h、1.5 h、2.0 h 和2.5 h 作为改性甘蔗渣的时间. 由图4可知，延长改性时间，改性甘蔗渣对水中 Cr6+的吸附量也随之增加，当改性时间超过1.5 h 后，改性甘蔗渣的吸附量基本不变，故1.5 h 为最佳改性时间.

3.2.4 改性温度的影响

分别称取0.100 0 g 的甘蔗渣于5 个烧杯中，加入50 mL 0.2 mol/L 氯化钠溶液，封好瓶口后置于恒温水浴振荡器中，分别在15°C、20°C、25°C、30°C、35°C，振荡1.5 h 条件下进行改性，抽滤，用去离子水反复冲洗至中性，置于干燥箱中80°C烘干备用. 按照3.2.1 实验方法对 Cr6+溶液进行吸附，测定 Cr6+溶液的吸光度. 由图5 可知，当温度为25°C时，改性甘蔗渣对水中 Cr6+的吸附量达到最大值，故25°C为最佳改性温度.

图3 改性剂用量对吸附效果的影响

图4 改性时间对吸附效果的影响

图5 改性温度对吸附效果的影响

3.3 改性甘蔗渣对水中 Cr6+的吸附

3.3.1 吸附时间的影响

由图6 可知，在吸附时间达到3.0 h 之前，延长吸附时间，改性甘蔗渣对水中铬的吸附量也随之增加；但当吸附时间超过3.0 h 后，改性甘蔗渣的吸附量基本不变. 故3.0 h 为最佳吸附时间.

3.3.2 吸附温度的影响

由图7 可知，在吸附温度达到25°C之前，升高吸附温度，改性甘蔗渣对水中 Cr6+的吸附量也随之增加，但当吸附温度超过25°C 后，改性甘蔗渣的吸附量基本不变. 故25°C 为最佳吸附温度.

3.3.3 pH 值的影响

由图8可知：当溶液pH＞7 或者pH＜7 时，吸附量都会有所减小，当吸附质溶液越接近中性时，改性甘蔗渣的吸附效果越好，因此选择pH=7 为最佳吸附质pH值，此时对 Cr6+的最大吸附量为0.114 mg/g.

图6 吸附时间对吸附效果的影响

图7 温度对吸附效果的影响

图8 吸附质pH 值对吸附效果的影响

3.4 改性甘蔗渣对水样中 Cr6+的吸附

分别取一定量的自来水和率水河水，按照2.2实验方法测定其中 Cr6+的吸光度A，结果如表1所示. 调节自来水pH值为中性，取50 mL 于烧杯中，加入1.000 0 g 改性甘蔗渣，密封好后放于振荡器中，调节温度为25°C，振荡时间为3.0 h，吸附结束后静置，滤液中加入0.400 0 g 固体显色剂，测 Cr6+的吸光度，结果见表1. 率水河水吸附同样处理. 经过计算，铭的去除效果较为满意.

表1 改性甘蔗渣对水样的吸附

4 结论

本论文通过比较4 种溶液（NaOH、HCl、NaCl 和 CaCl2）对甘蔗渣改性后吸附水中 Cr6+的情况，确定NaCl 为本实验的改性剂，甘蔗渣经NaCl 改性后，对 Cr6+的吸附能力明显提升. 同时通过一系列单因素实验，确定了改性甘蔗渣和吸附水中 Cr6+的最佳实验条件，在最佳条件下，水中 Cr6+的最大吸附量为0.114 mg/g，C r6+的去除率为69.0%，吸附效果良好，因此利用改性甘蔗渣进行水中 Cr6+的吸附处理，是一种行之有效的方法. 本文将在后期的研究中进行甘蔗渣的解吸附实验，这样甘蔗渣还可以回收再利用，符合绿色环保的要求.