几种农林废弃物对含Cr6+废水处理的研究*

徐婉莹，何 雪，汤治旺，张 颖，赵业军

（武汉东湖学院 生命科学与化学学院，湖北 武汉 430212）

随着工业的发展及含铬化合物的应用日益广泛，含铬废水的排放量随之剧增。铬在水中通常以Cr6+或Cr3+的形式存在，其中Cr6+的毒性是Cr3+的100倍[1]。含铬废水的处理方法[2]中，吸附法运用作为广泛，具有操作简单，可循环使用，对处理低浓度重金属废水效果好的特点。近年来廉价农林废弃物作为吸附剂处理重金属污染废水引起了人们的关注。

柚子皮、香蕉皮、核桃壳均有大量的纤维素，含有许多亲水性的羟基基团，具有多孔、比表面积大、良好的亲和吸附性等特点[3,4]。因此，合理利用农林废弃物的多孔结构处理废水，达到以废治废的目的[5]。

本文采用农林废弃物作为吸附剂处理低浓度的重金属废水，通过吸附剂用量、pH值、吸附时间讨论3种农林废弃物对含Cr6+废水吸附效果的影响，并通过孔隙率的测定简单分析其吸附机理，筛选吸附效果最佳的农林废弃物。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

K2Cr2O7、二苯基碳酰二肼，均为分析纯，天津化学试剂三厂；H2SO4（AR开封东大）；H3PO4（AR天津天力）；丙酮（AR天津大茂）；HCl（AR信阳化学试剂厂）。

i3型紫外可见分光光度计（济南淘能）；全温振荡培养摇床（金坛文华）；小型破壁机（天津泰斯特）。

1.2 吸附剂预处理

将红柚外皮去掉后将内皮洗净晒干，粉碎后过60目筛，制得红柚内皮粉末，保存备用。香蕉皮与核桃壳预处理方法与红柚内皮粉预处理方法相同。

1.3 实验方法

以K2Cr2O7溶液模拟含Cr6+废水，分别以红柚子内皮粉、香蕉皮粉、核桃壳粉为吸附剂，加入到含Cr6+50mg·L-1的模拟含铬废水50mL中，用HCl调节pH值，恒温振荡一段时间后，测定溶液中Cr6+浓度。采用二苯碳酰二肼分光光度法测定溶液中Cr6+质量浓度。用式（1）计算出Cr6+的去除率。

式中 η：去除率；C0：溶液起始浓度，mg·L-1；C：处理后溶液浓度，mg·L-1。

称取适量红柚内皮粉、香蕉皮粉、核桃壳粉分别测出其体积，加水至粉末表面完全润湿，记录加入水的体积。通过水的体积与粉末体积的比值计算孔隙率。根据式（2）计算孔隙率。

式中 P：孔隙率；V0：加入水的体积，mL；V：粉末的体积，mL。

2 结果与讨论

2.1 吸附剂投加量对去除率的影响

调节废水的pH值为2，室温吸附1h,测定不同吸附剂投加量对Cr6+去除率的影响。结果见图1。

图1 吸附剂投加量对去除率的影响Fig.1 Effect of adsorbent injection on removal rate

由图1可知，当红柚内皮粉投加量为3.0g、香蕉皮粉投加量为2.0g、核桃壳粉投加量为2.0g时，Cr6+的去除率最高。因此，红柚内皮粉、香蕉皮粉和核桃壳粉的最佳用量分别为3.0、2.0、2.0g。

2.2 溶液pH值对去除率的影响

投加量为各自的最佳投加量，室温吸附1h，测定不同pH值下对Cr6+去除率的影响。结果见图2。

图2 溶液pH值对去除率的影响Fig.2 Effect of solution pH value on removal rate

由图2可知，当红柚内皮粉在pH值为0时，Cr6+的去除率最高，但当pH值为0~1时，红柚内皮粉已变为胶体，普通过滤方法难以过滤，考虑此时的吸附剂是否已变性，暂不考虑此种情况，确定红柚内皮粉最佳pH值为2。当香蕉皮粉在pH值为1时，Cr6+的去除率最高。当核桃壳粉在pH值为1时，Cr6+的去除率最高。因此，针对红柚内皮粉、香蕉皮粉和核桃壳粉的最佳pH值分别为2、1、1。

2.3 吸附时间对去除率的影响

投加量为各自的最佳投加量，溶液pH值为各自最适pH值，测定不同吸附时间对Cr6+去除率的影响。结果见图3。

图3 吸附时间对去除率的影响Fig.3 Effect of adsorption time on removal

由图3可知，红柚内皮粉、香蕉皮粉的最佳吸附时间分别为2.5、1.5h。当核桃壳粉在吸附时间为1~3h时，Cr6+的去除率差别不大，综合考虑选择核桃壳粉的吸附时间为1h。

3 孔隙率的测定

农林废弃物处理废水的机理一般为物理吸附，其吸附性能的优劣往往取决于吸附位点数量的多少。而吸附位点又与孔隙率密切相关[6]。图4为3种农林废弃物的孔隙率测定结果。

图4 3种农林废弃物的孔隙率测定结果Fig.4 Determination of porosity in three types of agriculture and forestry

由图4可知，核桃壳粉的孔隙率最大，其次为香蕉皮粉，红柚内皮粉最小。核桃壳粉的孔隙率大，有更多的吸附位点，对Cr6+的吸附效果较好。

4 结论

本文采用农林废弃物作为吸附剂处理含Cr6+废水，核桃壳吸附性能良好，不需要改性、碳化等处理即可对Cr6+有良好的吸附效果。处理Cr6+浓度50mg·L-1的含铬废水50mL，最佳吸附条件为核桃壳粉的投加量2.0g、pH值为1、吸附时间1h，此时Cr6+的去除率达到99.16%，处理后的废水达到了国家含Cr6+废水的排放标准，实现了以废治废的目的。核桃壳粉去除率高的原因是其孔隙率高达62.6%，有更多的吸附位点。通过测定孔隙率为吸附剂筛选提供了一个快速可行的途径。