活性炭对水中六价铬的吸附研究.docx

1、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()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()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

2、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()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.

3、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10

4、0ml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。510min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/

5、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105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500ml mol/L HNO3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

6、布氏漏斗抽滤，放于烘箱中，在105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01、02、03、04、05 和06 g 活性炭分别投加于50 mL 浓度为90 mg/L 的Cr( ) 溶液( 自然pH = 5 96) 中，置于振荡器上振荡，温度为 20 ，转速为150 r/min。振荡24 h 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 3 g 时对于 Cr( ) 的吸附在 97% 以上，AC 吸附率为6811%。当吸附剂投加量

7、继续增加时吸附率增加到 100%，AC 吸附率不断增加。因此，对于50 mL 浓度为90 mg/L 的 Cr( ) 溶液，最佳的吸附剂投加量为03 g。2.2不同PH对含铬废水吸附性能的影响 配制 100 mg/L 的 Cr( ) 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 2 g 活性炭分别投加于 50 mL 不同 pH溶液中，置于振荡器上振荡，温度为 20，转速为150 r /min。振荡 24 h 后过滤稀释测其浓度。 实验结果表明，Cr( ) 溶液 pH 越高，吸附率越低。pH 从 2 2 升高到 11 92，改

8、性活性炭对 Cr( ) 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( ) 溶液浓度为 98 mg/L( 自然 pH =5 97) 。取 0 2 g 活性炭投加于 50 mL 溶液中，置于恒温振荡器上振荡，温度分别为25、40、55 和 70，转速为 150 r/min，振荡 24 h 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( ) 的吸附属于吸热反应。由于温度升高，分子运动剧烈

9、，溶液中 Cr( ) 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 70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02 g 活性炭投加于50 mL 浓度为 95 mg/L的 Cr( ) 溶液( 自然 pH =600) 中，置于振荡器上振荡，温度为20，转速为 150 r/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，

10、在240 min 时改性活性炭吸附率为6629%。原料活性炭 吸附效果最差，吸附率为3555%。吸附过程在30 min 内吸附率增长迅速，在250 min 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( ) 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() 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( ) 的影响 配制 Cr( ) 浓度为40、95、139、172 和212 mg/L。取 0 2 g 活性炭分别投加于 50 mL 不同初始浓度

11、溶液中，置于振荡器上振荡，温度为20，转速为150 r /min，振荡 24 h 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( ) 浓度较低时，活性炭表面官能团较溶液中 Cr( ) 过量，溶液中 Cr( ) 能够迅速与活性炭发生吸附作用，使得去除率较高。当 Cr( ) 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( ) 浓度较大情况下，活性炭能够充分吸附，且由于溶液中 Cr( ) 溶液浓度较大，溶液自然pH 较低，有利于活性炭对Cr( ) 溶液的吸附，因此吸

12、附量不断增加并趋于平衡。其中溶液浓度从 40 mg/L 上升到 212 mg/L，改性活性炭吸附率从 98% 左右下降到 50% 左右，吸附量从9 mg/g 左右增加到25 mg/g 左右，未改性活性炭吸附率从7133% 降低到 3412%。吸附量从 708 mg/g增加到1808 mg/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 50 mL 浓度为 100 mg /L 的 Cr( ) 溶液吸附率在 50%以上，都高于未改性活性炭对于 Cr( ) 的吸附。 (2) 活性炭吸附含 Cr( ) 溶液，在 30 min内吸附率增加迅速，在 250 min 后逐渐减

13、慢。改性活性炭为 6629% ;未改性活性炭为 3555% 。 (3) 随着温度升高吸附率不断提高。在70时，活性炭吸附率都能达到 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。参考文献1周加祥，刘铮 铬污染土壤修复技术研究进展 环境污染治理技术与设备，2000，1( 4) :52-56Zhou Jia Xiang，Liu Zheng recent developments in the re-mediation of chromium-contaminated soil Techniques

14、and Equipment for Environmental Pollution Control2000，1( 4) :52-56( in Chinese)2陆昌淼，马世豪，张忠祥 污水综合排放标准详解 北京:中国标准出版社，19913Pellerin C ，Booker S M Reflections on hexavalent chromium: Health hazards of an industrial heavyweight Environmental Health Perspectives，2000，108( 9) : A4024杨君宁，符达 微量元素铬的研究进展 畜牧兽医杂志

15、，2005，24( 2) : 11-13Yang J N ，Fu D esearch progress of chromium Animal Husbandry and Veterinary Medicine，2005，24 ( 2 ) : 11-13( in Chinese)5刘德超，姚浪群 微量元素铬营养研究进展 粮食与饲料工业，1994，( 12) :22-26Liu D C ，Yao L Q The research progress of trace element chromium nutrition Cereal and Feed Industry，1994，( 12) :22-

16、26 ( in Chinese)6井明艳，孙建义 微量元素铬的研究进展 江西饲料，2005，( 5) : 14-17Jing M Y ，Sun J Y The research progress of microelement chromium Jiangxi Feed，2005，( 5) : 14-17( in Chinese)7邓小红，宋仲容 含铬废水处理研究现状与发展趋势 重庆文理学院学报( 自然科学版) ，2008，27( 5) :70-73Deng X H ，Song Z The research status and development trend of chromium-co

17、ntaining waste water treatmentJournal of Chongqing College of Liberal Arts( JC Science Edition) ，2008，27( 5) : 70-73( in Chinese)8Zayed A M ，Terry N Chromium in the environment: Factory affecting biological remediation Plant and Soil，2003，249( 1) :139-1569吴克明，石瑛，王俊，等 离子交换树脂处理钢铁钝化含铬废水的研究 工业安全与环保，2005

18、，3( 4) :22-23Wu K M ，Shi Y ，Wang J ，et al esearches on the removal of chromium pollution from dulling waste water with ion-exchange resins Industrial Safety and Environmental Protection，2005，3( 4) : 22-23( in Chinese)10俞勇梅，周渝生 生物法处理冷轧高浓度含铬废水的中试研究 宝钢技术，2006( 1) :13-16Yu Y M ，Zhou Y S Pilot-scale stud

19、y on microbila treatment of waste water containing high concentration chromium from cold rolling mills Bao-Steel Technology，2006，( 1) :13-16( in Chinese)11Gosh P K Hexavalent chromium Cr( VI) removal by acid modified waste activated carbons Journal of Hazardous Materials，2009，171( 1) : 116-12212Calv

20、e N ，Muro D A ，Nardi E ，et al Adsorption iso-therms ford escribing heavy metal retention in paper mill sludges Industrial and Engineering Chemistry esearch 2002，41( 22) : 5491-549713Acharya J ，Sahu J N ，Sahoo B K ，et al emoval of chromium( VI) from waste water by activated carbon developed from Tama

21、rind wood activated with fine chlorideChemical Engineering Journal，2009，150( 1) : 25-3914Dharani Das，anjit Mahapatra，Jyotsnam ayee Pradhan，etal emoval of Cr( ) from aqueous solution using activated cow dung carbon Journal of Colloid and Interface Science，2002，232( 2) : 235-24015俞力家，孙保帅，王天青 花生壳制活性炭及其脱六价铬研究 化学工程师，2009167( 8) :8-12Yu J L ，Sun B S ，Wang T Q emoval of chromiumfrom aqueous solution by activated carbon made from pea-nut shells Chemical Engineer，2009，167 ( 8 ) : 8-12 ( in Chinese)