麸皮去除废水中Cr(VI)的实验研究

杨增霞，宋露露，杨林

(青海师范大学 化学化工学院，青海 西宁 810008)

六价铬[Cr(Ⅵ)]是一种严重危害人体健康和生态环境的污染物，已列入中国水环境污染物黑名单，去除方法有离子交换法、吸附法、电解法等[1-10]，其中吸附法因成本低、不产生二次污染等优点而被广泛应用[11-16]。近几年来，国内研究采用改性柚子皮[17]、平菇[18]、小麦秸秆[19]、蚕茧等[20]去除水中Cr(Ⅵ)，国外有学者用橄榄蔗渣[21]、龙眼种子等[22]为吸附剂。本文用麸皮作为生物吸附剂，探究麸皮用量、pH、吸附时间、Cr(Ⅵ)初始浓度等对Cr(Ⅵ)去除率的影响，为水污染治理提供了吸附性能良好的生物吸附剂，也探索了一条“变废为宝”的新途径。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

麸皮，取自本地面粉加工厂，经60 ℃干燥后，粉碎筛分为20～40目粒径大小，用去离子水洗涤2次，在60 ℃下干燥24 h，置于干燥器存储、备用；重铬酸钾、二苯碳酰二肼、丙酮、硫酸、磷酸、氢氧化钠均为分析纯;蒸馏水和去离子水,实验室自制。

ESJ200-4B型电子分析天平；722S型紫外/可见分光光度计；202-2AB电热恒温干燥箱；PHSJ-3F型数字酸度计。

1.2 实验方法

以K2Cr2O7溶液模拟含Cr(Ⅵ)废水。在温度25 ℃下，移取Cr(Ⅵ)离子浓度为50 mg/L的K2Cr2O7溶液10.00 mL于锥形瓶中，用4 g/L NaOH和1+1H2SO4溶液调节pH为1，添加麸皮吸附剂200 g/L，吸附4 h。吸附溶液加热消解后，采用二苯碳酰二肼分光光度法(GB 7467—87)测定溶液中Cr(Ⅵ)浓度，计算Cr(Ⅵ)去除率。

2 结果与讨论

2.1 吸附剂麸皮用量对Cr(Ⅵ)去除率的影响

在温度、初始浓度、时间、pH不变的条件下，麸皮投加量对Cr(Ⅵ)去除率的影响见图1。

由图1可知，随着麸皮投加量的增加，Cr(Ⅵ)的去除率增大，麸皮投加量200 g/L时,Cr(Ⅵ)去除率可达96.5%，说明麸皮对Cr(Ⅵ) 的去除效率较高。

2.2 pH对Cr(VI)去除率的影响

在温度、初始浓度、时间、麸皮投加量不变的条件下，调节pH为1～8，pH对Cr(Ⅵ)去除率的影响，见图2。

2.3 吸附时间对Cr(Ⅵ)去除率的影响

在温度、初始浓度、吸附剂投加量、pH不变的条件下，吸附时间对Cr(Ⅵ)去除率的影响见图3。

由图3可知,随着吸附时间增长，麸皮对Cr(Ⅵ)的去除率逐渐增大，相比于改变其他条件，增加吸附时间时Cr(Ⅵ)的去除率变化的幅度不是很大，说明吸附时间对Cr(Ⅵ)的去除率影响不是主要因素。开始吸附时，去除率迅速增大，一段时间后，去除效率降低，这是因为开始吸附时吸附剂表面含有大量可用的活性吸附位点，随时间的增加，吸附位点被占用，去除率就下降。

2.4 Cr(Ⅵ)离子溶液初始浓度对去除率的影响

在温度、时间、麸皮投加量、pH不变的条件下，改变Cr(Ⅵ)溶液初始浓度，初始浓度对去除率的影响见图4。

由图4可知,Cr(Ⅵ)去除率随Cr(Ⅵ)溶液初始浓度的增加而下降，Cr(Ⅵ)的去除率可以从5 mg/L时的94.20%降到不再对Cr(Ⅵ)有去除作用，主要是麸皮为疏松的层状结构，所以麸皮表面的活性位点会随着Cr(Ⅵ)浓度的增大而很快达到饱和状态，去除率就随着降低，甚至没有作用[25]。因此，Cr(Ⅵ) 初始浓度以5 mg/L为宜。

2.5 小结

麸皮可以作为生物吸附剂有效去除废水中Cr(Ⅵ)，在麸皮用量200 g/L、pH=2、Cr(Ⅵ)初始浓度为5 mg/L、吸附240 min时，Cr(Ⅵ)去除率可以达到99.31%。4个影响因素中，pH对去除率的影响最显著。

2.6 吸附动力学

在温度为25 ℃下，移取5 mg/L的K2Cr2O7溶液10.00 mL于锥形瓶中，加入2.0 g麸皮，调节pH为2，分别吸附30,45,60,120,180,210,240 min，计算不同时间的吸附量，并作图，用准一级和准二级动力学模型进行参数拟合，结果见表1。

表1 动力学模型拟合参数Table 1 Fitting parameters of kinetic model

由表1可知，准二级动力学模型能较好地描述麸皮对Cr(Ⅵ)的吸附过程，准二级动力学主要受吸附质与吸附剂间的离子键或共价键作用，可以推断有机物在麸皮上的吸附为化学吸附,拟合的qe与实验值更接近。

2.7 吸附等温线

在温度25 ℃下，移取浓度分别为5,10,20,30,40 mg/L的K2Cr2O7溶液10.00 mL于锥形瓶中，加入2.0 g麸皮，调节pH为2，吸附240 min，分别采用Langmuir和Freundlich等温吸附模型对吸附数据进行拟合，结果见表2。

表2 吸附等温参数Table 2 Adsorption isotherm parameters

由表2可知，Freundlich等温模型更符合麸皮对Cr(Ⅵ)的吸附过程，说明该体系的吸附主要为多分子层吸附，而且是非均质表面的化学吸附过程。Langmuir模型参数中吸附平衡常数b=5.175 15>0，说明反应可以自发进行，即麸皮可自行吸附 Cr(Ⅵ)。

3 结论

(1)麸皮可以有效去除废水中Cr(Ⅵ)，当麸皮用量为200 g/L，pH=2，Cr(Ⅵ)初始浓度为5 mg/L，吸附240 min时，Cr(Ⅵ)的去除率是99.31%。

(2)麸皮对Cr(Ⅵ)离子的吸附过程接近准二级动力学方程，吸附符合Freundlich等温模型，饱和吸附量为55.44 mg/kg。