活性炭对水中六价铬的吸附研究.docx
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活性炭对水中六价铬的吸附研究
活性炭对水中六价铬的吸附研究
摘要六价铬是公认的致癌物质,对人体健康危害极大,目前主要采用吸附法进行去除。
活性炭是常用的吸附剂,通过硝酸改性可以增加活性炭表面的酸性官能团,提高去除效果。
研究活性炭的投加量,吸附时间,温度,PH值等因素对六价铬去除率的影响。
绘制吸附等温线,和吸附模型进行拟合,分析吸附机理。
关键词活性炭改性硝酸六价铬吸附
冶金,电镀,制革,印染,制药等行业排出大量金属废水,危害人类健康。
废水中的Cr(W)是一种强氧化剂,具有强致癌,致畸变,致突变作用,对生物危害极大。
Cr(W)属于第一类污染物,必须经处理达标才能排放。
目前对含Cr废水的处理研究较多,主要有生物法,离子交换法,还原法,膜分离法,吸附法等。
活性炭吸附法处理含Cr废水的效果稳定,且价格相对较低,但普通活性炭的吸附量不高,因此本试验研究以硝酸改性活性炭为研究对象,通过研究其在不同的PH温度,投加量以及吸附时间条件下对Cr(W)的吸附效果,以确
定最佳吸附条件。
1、实验部分
1.1试剂和仪器
活性炭、丙酮、(1+1)硫酸、(1+1)磷酸、铬标准储备液、铬标准液、二苯碳酰二肼溶液、硝酸
恒温水浴、干燥恒温箱、分析天平、分光光度计、恒温水浴振
荡器
1.2溶液配制
本实验中为防止含铬水样中铬离子浓度发生变化,在每个影响因
素研究前水样是预先配置的。
根据不同需要配置不同浓度。
1.2.1铬标准储备液
称取0.283g重铬酸钾置于烘箱中烘干2h。
将烘好的重铬酸钾倒入100ml烧杯中,再倒入适量的蒸馏水。
搅拌至完全溶解。
将重铬酸钾溶液移入1000ml容量瓶中,再水稀释至标线,摇匀,备用。
1.2.2铬标准溶液
吸取5.00ml铬标准储备溶液置于500ml容量瓶中,用水稀释至标线,摇匀,备用。
1.2.3硫酸溶液
用25ml的移液管移取浓硫酸50ml,缓缓加入到同体积的水中,摇匀,备用。
1.2.磷酸溶液
用25ml的移液管移取磷酸50ml,加入到同体积的水中,摇匀,备用。
1.2.5显色剂
称取0.2g二苯碳酰二肼,量取50ml丙酮,将二苯碳酰二肼溶于50ml丙酮中,移入100ml棕色容量瓶,加入水稀释至标线,摇匀。
将显色剂放于暗处存放。
1.3铬离子的检测取9支50ml比色管,依次加入0,0.20,0.50,1.00,2.00,
4.00,6.00,8.00和10.00ml铬标准使用液,用水稀释至标线,加入(1+1)硫酸0.5ml和(1+1)磷酸0.5ml摇匀。
加入2ml显色剂溶液摇匀。
5~10min后,与540nm波长处,用1cm或3cm比色皿,以水为参比,测定吸光度,并作空白校正。
以吸光度为纵坐标,相应六价铬含量为横坐标绘出标准曲线。
1.4活性炭的改性
1.4.1硝酸浓度的影响
分别配置浓度为2mol/L、4mol/L、6mol/L、8mol/L的HNO3
溶液,用移液管量取20mlHNO3溶液到锥形瓶中,然后称取四份1g柱状活性炭,分别放入装有硝酸的锥形瓶中盖上塞子,放于振荡器上,振荡10h,活化完成后,用布氏漏斗抽滤,同时用蒸馏水清洗滤纸上的活性炭至中性,然后放于烘箱中,在105C下烘干,取出。
然后用活化后的活性炭进行吸附试验并吸附效果评价。
1.4.2改性时间的影响
配置500mlmol/LHNO3溶液,用移液管量取100ml到150ml
锥形瓶中,然后称取四份1g柱状活性炭,分别放入装有硝酸的锥形瓶中,盖上盖子,放于振荡器上,振荡时间1小时后静置,分别取
2h、4h、6h、8h、10h。
活化完成后用蒸馏水清洗活性炭至中性,然后用布氏漏斗抽滤,放于烘箱中,在105C下烘干,取出。
然后用活
化后的活性炭进行吸附试验进行吸附效果评价。
在最佳改性条件下,制备改性活性炭10g。
2、总结与分析
2.1不同投加量对含铬废水吸附性能的影响
取0.1、0.2、0.3、0.4、0.5和0.6g活性炭分别投加于50mL浓度为90mg/L的Cr(⑴溶液(自然pH=5.96)中,置于振荡器上振荡,温度为20C,转速为150r/min。
振荡24h后过滤稀释测其浓度。
结果表明,3种活性炭的吸附率都随投加量增加而提高。
其中在投加量为0.3g时对于Cr(W)的吸附在97%以上,AC吸附率为68.11%当吸附剂投加量继续增加时吸附率增加到100%,AC吸附率不断增加。
因此,对于50mL浓度为90mg/L的Cr(W)溶液,最佳的吸附剂投加量为0.3g。
2.2不同PH对含铬废水吸附性能的影响
配制100mg/L的Cr(⑴溶液,用HNO3和KOH调节溶液pH为2.2、4.09、6.09、8.01、9.95和11.92。
取0.2g活性炭分别投加于50mL不同pH溶液中,置于振荡器上振荡,温度为20C,转速为150r/min。
振荡24h后过滤稀释测其浓度。
实验结果表明,Cr(W)溶液pH越高,吸附率越低。
pH从2.2升高到11.92,改性活性炭对Cr(W)的吸附率从99.86%降低到3.23%,为改性活性炭则从97.05%降低到2.53%。
pH为2.2时,2种活性炭吸附率最高都达到99%左右。
2.3不同温度对含铬废水吸附性能的影响
配制Cr(当)溶液浓度为98mg/L(自然pH=5.97)。
取0.2g活性炭投加于50mL溶液中,置于恒温振汤器上振汤,温度分别为25、40、55和70C,转速为150r/min,振荡24h后过滤稀释测其吸光度。
实验表明2种活性炭的吸附率都随温度增长而增加,这说明活性炭对Cr(W)的吸附属于吸热反应。
由于温度升高,分子运动剧烈,溶液中Cr(W)与活性炭接触更为剧烈,吸附效果增加。
同时温度升高活性炭表面官能团化学吸附速率增加,说明改性后吸附主要以化学吸附为主。
说明改性后吸附性能有所增加。
在温度为70C时,2种活性炭吸附率都能达到98%以上。
因此,适当的提高温度,能够更为有效地提高活性炭吸附效率。
2.4不同吸附时间对含铬废水吸附性能的影响
取0.2g活性炭投加于50mL浓度为95mg/L的Cr(W)溶液(自然pH=6.00)中,置于振荡器上振荡,温度为20C,转速
为150r/min。
一定时间后过滤稀释测其浓度。
实验表明,2种活性
炭的吸附率都随时间增长而增加。
其中Fe-PAC吸附效果最佳,在
240min时改性活性炭吸附率为66.29%原料活性炭吸附效果最差,吸附率为35.55%吸附过程在30min内吸附率增长迅速,在250min后吸附率增长缓慢,并不断趋于稳定。
开始时吸附率增长较快是由于溶液中Cr(W)浓度较大,吸附推动力较大,且吸附主要发生在活性炭外表面。
随着时间增加,溶液浓度减小,吸附推动力减小,且Cr(W)由大孔经过过渡孔进入微孔,传递速度不断减慢,使得吸附率增长缓慢,直至平衡。
2.5初始浓度对活性炭吸附Cr(W)的影响
配制Cr(W)浓度为40、95、139、172和212mg/L。
取0.2g活性炭分别投加于50mL不同初始浓度溶液中,置于振荡器上振荡,温度为20C,转速为150r/min,振荡24h后过滤稀释测其浓度。
实验表明,2种活性炭的吸附率都随初始浓度增加而减小,而吸附量随着初始浓度增加而增加。
这是由于当溶液中Cr(W)浓度较
低时,活性炭表面官能团较溶液中Cr(W)过量,溶液中Cr(W)
能够迅速与活性炭发生吸附作用,使得去除率较高。
当Cr(W)浓
度增加,活性炭表面官能团在很短时间内就达到吸附饱和,吸附速率
减慢,吸附率降低。
而在溶液中Cr(W)浓度较大情况下,活性炭能够充分吸附,且由于溶液中Cr(W)溶液浓度较大,溶液自然pH较低,有利于活性炭对Cr(W)溶液的吸附,因此吸附量不断增加并趋于平衡。
其中溶液浓度从40mg/L上升到212mg/L,改性活性炭吸附率从98%左右下降到50%左右,吸附量从9mg/g左右增加到25mg/g左右,未改性活性炭吸附率从71.33%降低到34.12%吸附量从7.08mg/g增加到18.08mg/g。
3、结论
(1)活性炭在pH为2~6吸附效果较好,改性活性炭对于
50mL浓度为100mg/L的Cr(W)溶液吸附率在50%以上,都高于未改性活性炭对于Cr(W)的吸附。
(2)活性炭吸附含Cr(W)溶液,在30min内吸附率增加迅速,在250min后逐渐减慢。
改性活性炭为66.29%;未改性活性炭为35.55%。
都能达到98%以上。
(4)活性炭的投加量对铬的吸附具有明显的影响,随着投加量的
增加铬的吸附率逐渐增加,但增加到一定程度时,活性炭对铬的吸附趋于平衡。
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