酸改性橘皮吸附废水中CrⅥ条件的优化

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇酸改性橘皮吸附废水中CrⅥ条件的优化范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：研究了橘皮作为吸附材料对含Cr（Ⅵ）废水的处理效果，对吸附剂用量、吸附时间、Cr（Ⅵ）溶液初始浓度及pH进行了优化。结果表明，在常温条件下，吸附时间为20 min、酸改性橘皮用量为6 g/L、Cr（Ⅵ）溶液初始浓度为7 mg/L、pH为2.0时，酸改性橘皮吸附效果更好，此时Cr（Ⅵ）的去除率可达98.14%。

关键词：橘皮；酸改性；Cr（Ⅵ）；吸附效果

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）11-2508-03

工业废水是造成环境污染的主要污染源，随着电镀、制革、印染、化工等工业的发展，重金属的使用越来越广泛，污水、污泥、土壤中重金属含量的超标会对环境造成潜在的危害。据不完全统计，中国的耕地受污染面积2 667万hm2， 其中受到Cd、As、Pb、Cr、Hg等重金属污染的耕地近2 000万hm2，约占总耕地面积的1/5。重金属在环境中积累到一定程度就会对生态系统造成危害，并可能通过食物链等途径直接或间接地危害人类的生存安全。

Cr是一种用途广泛且有毒的重金属，主要分布于岩石、土壤、大气、生物体和水中。在水环境中cr主要以Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）两种价态存在，与Cr（Ⅲ）相比，Cr（Ⅵ）有明显的致癌、致突变作用。一般认为，Cr（Ⅲ）的毒性仅为Cr（Ⅵ）的1%，Cr（Ⅵ）对皮肤有刺激和过敏作用，对呼吸系统和内脏产生损害。

水体中的Cr污染主要来源于电镀、制造合金、印染、电镀、颜料等行业废水的排放[1]。目前国内外主要用氧化还原处理法、离子交换处理法、化学沉淀法、蒸发浓缩法、生物处理技术、膜分离技术、吸附法等方法来对含Cr废水进行治理[2-4]。其中吸附法是利用多孔性的固体吸附剂将水样中的一种或数种组分吸附于表面，再用适宜溶剂、加热或吹气等方法将预测组分解吸，达到分离和富集的目的，因此吸附法也是污水处理常用的方法之一。

近年来，生物质材料作为吸附剂用于污水净化已经逐渐成为国内外科研工作者研究的一个热点问题。虽然生物质材料对废水中的污染物吸附量较小，但由于生物质材料来源丰富、取材方便、成本低、可直接处理等原因，很大程度上降低了重金属废水的处理成本，因此，将其用于废水处理具有一定的应用前景。农作物废弃物作为吸附剂主要是利用其主要成分纤维素、半纤维素、木质素及少量无机硅的结构。天然纤维素的吸附能力并不很强，但是通过化学改性后，可使其具有很强或更多的亲和基团，成为性能良好的吸附材料[5-8]。因此，试验采用橘皮为吸附剂，通过对酸改性橘皮吸附废水中Cr（Ⅵ）的研究，确定了其最佳吸附条件，以为水体中Cr污染的去除提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试剂及仪器

试剂：盐酸（HCl）、磷酸（H3PO4）、氢氧化钠（NaOH）、丙酮（CH3COCH3）、硫酸（H2SO4）均为分析纯，重铬酸钾（K2Cr2O7）为优级纯，所有试剂均产自白银良友化学试剂有限公司；所用水均为实验室自制蒸馏水。

仪器：CJJ-931型六联磁力搅拌器（江苏金坛环保仪器厂）、WFZ UV-2100型紫外可见分光光度计（尤尼柯仪器有限公司）、GZX-9140 MBE型电热鼓风干燥箱（上海博迅实业有限公司）、HS1003S型电子天平（武汉横瑞称重设备有限公司）。

1.2 吸附剂的制备

1.2.1 预处理 将试验所需的南丰橘皮在室温下风干后粉碎，选出粒径介于0.25～0.50 mm的颗粒，用去离子水浸泡24 h，去除悬浮细小物质和可溶性物质，在室温下风干备用。

1.2.2 改性 称取50 g预处理后的橘皮，置于2.5 L大烧杯中，加入500 mL浓度为1 mol/L的磷酸溶液，搅拌2 h后，经离心去除上清液，用去离子水清洗至中性，在80 ℃下烘干，置于干燥器中备用。

1.3 Cr（Ⅵ）溶液的制备

准确称取经120 ℃干燥2 h的K2Cr2O7 0.282 9 g，用蒸馏水溶解后，移入1 000 mL容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀，此时Cr（Ⅵ）浓度为100 mg/L，将此溶液作为储备液，用以配制不同浓度的Cr（Ⅵ）溶液。

1.4 酸改性橘皮对Cr（Ⅵ）的去除试验

在20 ℃时，将不同浓度的Cr（Ⅵ）溶液200 mL分别置于250 mL烧杯中，用1.0 mol/L HCl或NaOH调节溶液的pH，加入一定量的橘皮（对照）或改性橘皮，在水浴恒温振荡器中以150 r/min振荡吸附一定的时间，静置10 min后过滤，用分光光度计测定滤液的吸光度，并计算Cr（Ⅵ）的去除率η：

η=（A0-A）/A0×100%

式中，A0为处理前废水的吸光度，A为处理后废水的吸光度。

2 结果与分析

2.1 吸附剂用量对吸附性能的影响

在Cr（Ⅵ）溶液初始浓度为5 mg/L、溶液为自然pH时，考察吸附剂用量对Cr（Ⅵ）的吸附效果，结果见图1。从图1可以看出，当吸附剂为橘皮时，Cr（Ⅵ）的去除率随着吸附剂用量的增加先快速上升而后趋于平缓，吸附剂用量小于8 g/L时去除率快速增大，吸附剂用量为10 g/L时去除率达到最大，为99.13%，再增加吸附剂用量去除率基本不变。酸改性橘皮在吸附剂用量在4～14 g/L时对Cr（Ⅵ）的去除率变化平缓，并保持在一个较高的水平上，在4 g/L时去除率即达到98.21%，吸附剂用量为10 g/L时去除率达到最大，为99.34%。由此可见，酸改性橘皮处理含Cr（Ⅵ）废水的去除率更高。后续试验中均采用橘皮用量为10 g/L，酸改性橘皮用量为6 g/L。

2.2 溶液pH对吸附性能的影响

在Cr（Ⅵ）溶液初始浓度为5 mg/L、橘皮和酸改性橘皮用量为10 g/L和6 g/L时，调节溶液pH以考察溶液pH对吸附效果的影响，结果见图2。从图2可以看出，随着溶液pH的升高，两种橘皮对Cr（Ⅵ）溶液的吸附效果均呈现出逐渐降低的趋势。当溶液pH为1.0时，两种橘皮对Cr（Ⅵ）的去除率均为最大，且橘皮和酸改性橘皮的去除率分别达到99.25%和99.75%，由于溶液pH为1.0和2.0时对Cr（Ⅵ）的去除率相差不大，因此后续试验均调至溶液的pH为2.0。

溶液中的Cr（Ⅵ）主要以HCrO4-、Cr2O72-形式存在，当pH较低时，此时由于溶液中存在较多的质子H+，因此橘皮表面存在的功能基团接受溶液中的质子H+，从而形成正电性的-NH3+、-OH2+吸附中心，通过静电作用，溶液中存在的含Cr（Ⅵ）阴离子团就会被橘皮表面形成的正电吸附中心所吸附，当pH较高时，溶液中的质子H+较少，所以橘皮表面正电吸附中心的数目较少，从而影响了吸附剂的吸附效率。由此可见，橘皮表面带正电荷的功能基团与含Cr（Ⅵ）阴离子团间的静电作用在吸附过程中起着重要的作用，并且在酸性环境下更有利于生物质吸附剂对溶液中Cr（Ⅵ）的吸附。

2.3 Cr（Ⅵ）初始浓度对吸附性能的影响

在橘皮和酸改性橘皮用量为10 g/L和6 g/L、溶液pH 2.0时，考察不同初始浓度的Cr（Ⅵ）溶液对吸附效果的影响，结果见图3。从图3可以看出，当Cr（Ⅵ）初始浓度≤7 mg/L时，两种橘皮对溶液中Cr（Ⅵ）的吸附效率均维持在较高水平，当Cr（Ⅵ）初始浓度等于7 mg/L时，酸改性橘皮对Cr（Ⅵ）的去除率为98.05%，橘皮为95.98%；当Cr（Ⅵ）初始浓度大于7 mg/L时，两种橘皮的吸附性能均呈现出明显下降趋势，这是由于橘皮吸附的Cr（Ⅵ）主要是以HCrO4-形式存在， 而Cr（Ⅵ）初始浓度的增加会使Cr2O72-所占比例增加，这样就导致了对Cr（Ⅵ）去除率的降低[9]。以上结果说明橘皮、酸改性橘皮对低浓度的含Cr（Ⅵ）废水处理效果明显，而对高浓度的含Cr（Ⅵ）废水处理效果不佳，且两者处理效果无明显差距，故Cr（Ⅵ）初始浓度可选择为7 mg/L。

2.4 吸附时间对吸附性能的影响

在橘皮和酸改性橘皮用量为10 g/L和6 g/L、Cr（Ⅵ）溶液初始浓度为7 mg/L、溶液pH 2.0时，考察吸附时间对吸附效果的影响，结果见图4。从图4可以看出，随着吸附时间的增加，酸改性橘皮和橘皮对Cr（Ⅵ）的去除率呈逐渐上升的趋势，且橘皮在20 min时即达到97.39%，酸改性橘皮在20 min时达到98.14%。由此说明，对于不同方式预处理的橘皮，酸改性橘皮对Cr（Ⅵ）的去除率略大于橘皮，且经过很短的吸附时间，酸改性橘皮及橘皮均能很快达到良好的吸附效果，因此，优化的吸附时间可选择为20 min。

3 结论

用橘皮作为吸附剂处理水中Cr（Ⅵ）的研究表明，使用橘皮及酸改性橘皮来处理含Cr（Ⅵ）废水效果都很好，但相比较经酸改性后的橘皮在同等条件下的吸附效果更好。酸改性橘皮优化的吸附条件为吸附剂用量6 g/L、Cr（Ⅵ）溶液初始浓度7 mg/L、pH 2.0、搅拌时间20 min，在该条件下，Cr（Ⅵ）的去除率可达98.14%。

参考文献：

[1] 李晓红，刘作华，刘仁龙，等.微波技术在含铬废渣解毒中的应用[J].压电与声光，2004，26（4）：334-336.

[2] 牛晓霞.含铬废水的处理方法综述[J].洛阳大学学报，1999， 14（4）：39-43.

[3] 邹 平，高廷耀，彭海清，等.高浓度含铬废水的预处理[J].中国给水排水，2002，18（8）：70-71.

[4] HAFEZ A I， EL-MANHARAWY M S， KHEDR M A. RO membrane removal of unreacted chromium from spent tanning effluent. A pilot-scale study， Part 2[J]. Desalination，2002， 144（1-3）：237-242.

[5] 许茂东，吴之传，张 勇，等.玉米芯对活性艳红K-2BP染料的吸附性能及动力学研究[J].安徽工程科技学院学报，2009，24（1）：25-28.

[6] 廖朝东，廖正福.花生壳的综合利用研究（一）——花生壳改性制备重金属吸附剂初探[J].广西师范学院学报，2004，21（1）：68-70.

[7] WARNOCK D D，LEHMAN J，KUYPER T W，et al. Mycorrhizal responses to biochar in soil——concepts and mechanisms[J]. Plant and Soil，2007，300（1-2）：9-20.

[8] 安增莉，侯艳伟，蔡 超，等.水稻秸秆生物炭对Pb（Ⅱ）的吸附特性[J].环境化学，2011，30（11）：1851-1857.

[9] 陶长元，曹 渊，朱 骏，等.农林生物质在含铬废水处理中的应用[J].环境污染治理技术与装备，2005，6（12）：1-5.