稻壳处理废水中铬实验设计报告.docx

1、稻壳处理废水中铬实验设计报告稻壳处理废水中铬()实验班 级 环 科1001 合作人 安丽丹 程 才 名 字 陈 意 学 号 10320121 指导教师 魏 薇 日 期 2013-06-04 稻壳处理废水中铬()实验陈意 安丽丹 程才 摘要:采用稻壳粉末作为吸附剂,进行模拟含铬废水中Gr()吸附实验的研究,考察了稻壳的粒度、溶液的pH、吸附时间、温度及稻壳用量等因素对铬吸附去除率的影响,分析了吸附过程的反应动力学和等温吸附规律,并用紫外分光光度计进行吸附去除效率分析。结果表明:稻壳粉末对铬的吸附时间为3 h,吸附剂粒度80-100目、温度40、投加量1.5g、溶液pH=2左右时越有利于铬的去除。

2、关键词：Gr() 稻壳 吸附 去除率Abstract: The adsorption experiments were researched by using the rice husk powder as the adsorbent to remove the Cr() from aqueous solution. The affecting factors on the Cr() removal rate such as rice husk particle size, pH, initial concentration, adsorption time, temperature and

3、dosage of adsorbent were evaluated, kinetics and adsorption isotherm law were analyzed, and mechanisms for Cr() removal were discussed by UV spectrophotometer. The results showed that rice husk powder optimum adsorption conditions for chromium are: the adsorptionthe time of rice husk powder adsorb C

4、r() was 3h, adsorbent particle size is 80-100 mesh, temperature is 40 , the dosage is 1.5g, pH = 2.Keywords：Cr() ricehusk adsorption removal rate引言：目前，国内外治理铬污染的方法甚多，主要有化学处理法、离子交换处理法、电解处理法、吸附处理法、液膜分离法、生物化学法、不溶性淀粉黄原酸脂(ISX)处理法、超临界处理法、离子浮选法等。在对上海废铬液处理技术的调查中发现化学处理法所占比例由20世纪80年代中期的55.2增至9O年代的80.11、2；而国外采用

5、化学法的比例已达80 90 3， 化学法处理废铬液已成为铬污染处理技术的主要方法。当前工业上采用的吸附剂主要包括合成或从石油中获得的阳离子交换树脂、黏土矿物、焦炭、天然沸石、甲壳素、活性炭、磺化煤以及粉煤灰等4-5,这些物质的表面有许多小孔,因而具有很大的总比表面积和较强的吸附性能。废水中的金属离子能牢固地吸附在吸附剂表面,从而使废水得到净化6,但这些方法普遍存在成本高、对低浓度重金属废水处理和污染水域、修复效果不理想等问题7, 9,所以找寻便宜的吸附剂是当今重要的课题。稻壳占稻谷质量的20%25%，稻壳来源广泛、价格低廉、具有高的表面积(多孔性)和较高化学活性10。本实验用稻壳吸附废水中Cr

6、()，取得了较好的去除效果。1.实验原理稻壳中纤维素和木质素的含量均较高，具有吸附能力，起净化作用。物理吸附发生在细孔的表面或细孔的空间。化学吸附则主要是吸附分子和吸附剂表面的某种化学作用11。稻壳是一种重要的有机物料，它能通过表面吸附过程（包括物理吸附和化学反应过程）降低铬污染。本实验采用间歇振荡法，初步研究了稻壳对铬的表现吸附动力学和等温线，并用吸附方程进行拟合。取一定体积含铬离子水样，加入一定量的稻壳，在磁力搅拌器上以一定的转速，搅拌规定的时间，用离心机离心出上清液，利用紫外可见分光光度计，采用比色法测出铬的残留浓度，计算铬的去除率：（C0C1）/ C0X100式中：为去除率；Co为吸附

7、前溶液中Cr6+的浓度(mgL-1)； C1为吸附后溶液中Cr6+的浓度(mgL-1)；2.实验仪器及试剂2.1 实验仪器(1) 721B型分光光度计； (2) 78-1磁力加热搅拌器(3) pH试纸或者pH计； (4) 电子天平； (5) 离心机；(6)常规玻璃仪器 50 mL具塞比色管、移液管、容量瓶、三角烧瓶等。2.2 实验试剂(1) 丙酮；(2) 1+1硫酸溶液；(3) 1+1磷酸溶液；(4) 4% (m/V)高锰酸钾溶液；(5) 铬标准贮备溶液：称取于120干燥2h的重铬酸钾（优级纯）0.2829g，用水溶解，移入1000 mL容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀。每升贮备液含0.100u

8、g六价铬；(6) 铬标准使用液：吸取5.00 mL铬标准储备溶液于500 mL容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀。每毫升标准使用溶液含1.00ug六价铬。使用当天配制；(7) 二苯碳酰二肼溶液：称取二苯碳酰二肼0.2 g，溶于50 mL丙酮中，加水稀释至100 mL，摇匀贮于棕色瓶内，置于水箱中保存。颜色变深后不能使用。2.3 实验原料(1) 稻壳；(2) 含铬模拟水样：称取于120干燥2h的重铬酸钾0.5658g，用水溶解，移入1000 mL容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀。含铬废水浓度为200mg/L。3.实验步骤3.1 标准曲线的绘制取9支50 mL 比色管，依次加入0,0.2，0.5，1，2

9、，4，6，8和10mL铬标准使用液，用水稀释至标线，加入1+1硫酸溶液0.5mL和1+1磷酸溶液0.5mL，摇匀。加入2mL显色剂溶液，摇匀。5到10分钟后，于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制标准曲线。表3-1 铬标准溶液吸光度Table3-1 Experimental data序号六价铬浓度（mg/L）吸光度100.009234567894102040801201602000.0150.0220.0430.0760.1230.1420.1820.242图3-1 六价铬标准溶液曲线Figure 3-1 H

10、exavalent chromium standard solution curve由上图可知，六价铬浓度与吸光度呈良好的线性关系，方程为y=0.0011x+0.0171,其相关系数R=0.9917性较好。3.2吸附剂的粒粒径对吸附效果的影响在室温下,选取较优吸附剂粒度20、40、80、100目筛子，每个粒径的稻壳分别取1.5 g置于锥形瓶中，加入25 mL 200mg/L的铬标准溶液，25下150 rmin恒温振荡，吸附震荡0.5h后，离心得到澄清液，用分光光度计测量其吸光度。表3-2 稻壳的粒径对吸附效果的影响Table 3-2 Effects of particle size on ad

11、sorption of rice husk活性炭粒径（目）去除率（%）20-4072.9640-6077.560-8082.0580-10086.59100目以上82.05图3-2稻壳的粒径对吸附效果的影响曲线Figure 3-2 Effects of particle size on adsorption curve of rice husk由图3-2可以看出，粒径在80-100目的范围内去除率较高，所以稻壳的粒径在80-100目范围内时对六价铬的去除效果较好。3.3吸附时间对吸附效果的影响在室温条件下，向7个250 mL锥形瓶中分别加入50 mL同一浓度的铬标准溶液（200mg/L），每个

12、锥形瓶中再分别加入1.5 g的80-100目稻壳，控制吸附振荡时间分别为0.5，1，1.5，2，2.5，3，4,5 h，静止沉淀，经过滤得澄清液，稀释后用可见分光光度计测定吸光度。表3-3 不同吸附时间的去除率Table 3-3 Removal efficiency of the different adsorption time时间（h）去除率（%）0.570.681.077.52.077.52.582.053.03.588.8786.594.082.05图3-3 时间对吸附效果的影响曲线Figure 3-3 Influence on the effect of time on the ad

13、sorption curve 由图3-3可以看出，稻壳对六价铬的吸附时间控制在3 h左右吸附效果最好。所以吸附时间控制在3小时内时对六价铬的去除效果较好。3.4 pH值对吸附效果的影响在室温条件下，向6个250 mL锥形瓶中分别加入50 mL pH值调至1 ,2，3 ,5 ,7 ,9的铬标准溶液（200mg/L），然后再分别加入1.5 g的80-100目的稻壳，吸附振荡时间控制在3 h，静止沉淀，经过滤完后得澄清液，稀释后用可见分光光度计测定吸光度。表3-4 不同pH值的去除率Table3-4 Removal efficiency of different pH valuespH值去除率（%）

14、182.05291.14386.59579.78775.23982.05图3-4 pH值对吸附效果的影响曲线Figure 3-4The influence curve of pH value on the adsorption effect由图3-4可以看出，当pH值为2时，去除效果最好。3.5 吸附剂用量对吸附效果的影响在室温条件下，将铬标准溶液的pH值调到2，向6个250 mL锥形瓶中分别加入50 mL同一浓度的铬标准溶液（200mg/L）分别加入0.5，1.0，1.5，2.0，2.5、3.0 g的80-100目的活性炭，吸附振荡时间控制在3 h，静止沉淀，经过滤完后得澄清液，稀释后用可见

15、分光光度计测定吸光度。表3-5稻壳不同投加量时的去除率Table4-5 The removal efficiency of activated carbon of different dosage投加量（g/L）去除率（%）1072.962082.053086.594084.325084.326077.50图3-5稻壳投加量对去除率的影响曲线Figure 3-5 Rice husk dosing quantitys influence on the removal rate curve 由图3-5可以看出，稻壳吸附剂的投加量为30g/L时，对六价铬离子的处理效果最好。3.6 温度对吸附效果的影

16、响将铬标准溶液的pH值调至2，分别取50 mL同一浓度的铬标准溶液（200mg/L）置于7个250 mL锥形瓶中，再向每个锥形瓶中加入1.5 g的80-100目的稻壳，分别放在温度为15,20,25,30,35,40的恒温摇荡水箱，吸附振荡时间控制在3 h，静止沉淀，经过滤后得澄清液，稀释后用可见分光光度计测定吸光度。表3-6 不同温度值时的去除率Table 3-6 The removal efficiency of the different temperature values温度（）去除率（%）1586.592086.592588.873091.343593.474093.47图3-6

17、温度对去除率的影响曲线Figure3-6 The influence curve of different temperature on the removal rate由图3-6可以看出，本实验设置温度在15-40，在40时，吸附效果最好。3.7较优条件下的平行吸附实验在40条件下，将铬标准溶液（200mg/L）的pH值调至2，分别取50 mL置于4个250 mL锥形瓶中，再分别加入1.5 g的80-100目的稻壳，吸附振荡时间控制在3 h，静止沉淀，经过滤后得澄清液，稀释后用可见分光光度计测定吸光度。表3-7 较优条件下的去除率Table 3-7 Removal under optimum

18、 conditions组号去除率（%）191.14288.86393.41491.14实验结论：由平均实验数据可得，当稻壳的网目尺寸为80-100目，吸附振荡时间控制在3 h，铬标准溶液的pH值调至2，温度40条件下，加入1.5 g稻壳，铬标准溶液的去除率平均能达到91.14%。3.8 吸附等温线的绘制通过吸附平衡数据的测定可以确定吸附量，由作图法可以确定a、b、k、n，并绘制吸附等温线，吸附量是选择吸附剂和设置吸附设备的重要参数。吸附量的大小还决定了吸附剂再生的周期。吸附量随平衡浓度变化而变化的曲线称为吸附等温线，表示吸附等温线的方程称为吸附等温方程式，常用的吸附等温方程式是Langmuir

19、或Freundlich方程。3.8.1 反应温度为293 K时吸附等温线的测定准确称取4份1.5 g粒径为80-100目的稻壳置于4个250 mL具塞锥形瓶中，加入50 mL不同浓度0.2、0.4、0.6、0.8g/L铬标准溶液，置于空气恒温振荡器中在293 K温度下恒温振荡3 h，使吸附达到平衡。静止沉淀，经过滤后得澄清液，稀释后用可见分光光度计测定吸光度。，根据下式计算其吸附量：Q=V(C0-Ce)/m式中：Q吸附量，mg/g； V溶液体积，L； C0，Ce吸附质的初始浓度和平衡浓度，mg/L； m吸附剂的投加量，g。表3-8 吸附平衡数据（293 K）Table 3-8Adsorptio

20、n equilibrium data（293K）初始浓度（mg/L）200400600800平衡浓度（mg/L）35.90963.18272.27395吸附量Q(mg/g)5.411.22717.59123.5lgc1.5551.8011.8591.978lgq0.7321.0501.2451.3711/c(L/mg)0.0280.0160.0140.0111/q(g/mg)0.1850.0890.0570.043 图3-8 Langmuir吸附等温曲线及线性相关曲线(293K)Figure 3-8 Langmuir adsorption isotherm curve and the line

21、ar correlation curve(293K)在所选定的试验条件下，图4-8中吸附量q与铬标准溶液的平衡浓度c的倒数关系曲线呈良好的线性关系。其线性回归方程为y=8.5367x-0.0538,相关系数R=0.9950。Langmuir吸附等温公式为1/q=(1/ab)*1/c+1/a,即1/ab=8.5367,1/a=0.0538,得到：a=18.59，b=0.01，ab=0.11。本实验得出稻壳吸附作单位稻壳的吸附量q与铬标准溶液的平衡浓度c的倒数关系曲线见图3-8的Langmuir方程：q=abc/(1+bc)式中：a与最大吸附量有关的常数； b与吸附能量有关的常数。本实验得出Lan

22、gmuir方程：q=0.11c/(1+0.01c).图3-9 Freundlich吸附等温曲线及线性相关曲线(293K)Figure 3-9 Freundlich adsorption isotherm curve and the linear correlation curve(293K)图3-9中吸附量q与个标准溶液的平衡浓度c的对数关系曲线呈良好的线性关系。其线性回归方程为y=1.5434x-1.6759，相关系数R=0.9877。Freundlich吸附等温公式为lgq=lgK+1/nlgc。则lgK=1.6759，K=47.41；1/n=1.5434，即吸附指数值。本实验得出稻壳吸附

23、作单位稻壳的吸附量q与标准溶液溶液的平衡浓度c的对数关系曲线见图3-9的Freundlich方程：q=kc1/n式中：k定温度下，试样中标准溶液溶液为单位浓度时，单位质量稻壳的吸附量；1/n吸附指数。本实验得出Freundlich方程：q=47.41c1.5434由实验结果可知，在293 K时，稻壳对铬标准的吸附符合Langmuir方程及Freundlich方程，相关系数分别为0.9950和0.9877。3.8.2 反应温度为308 K时吸附等温线的测定准确称取4份1.5 g粒径为80-100目的稻壳置于5个250 mL具塞锥形瓶中，加入50 mL不同浓度0.2、0.4、0.6、0.8g/L铬

24、标准溶液，置于空气恒温振荡器中在308 K温度下恒温振荡3 h，使吸附达到平衡。静止沉淀，经过滤完后得澄清液，稀释后用可见分光光度计测定吸光度。再计算出吸附量，计算后的结果见表3-10及图3-10。 表3-10 吸附平衡数据（308 k）Table 3-10 Adsorption equilibrium data（308 k）初始浓度（mg/L）200400600800平衡浓度（mg/L）26.8184563.18185.909吸附量Q(mg/g)5.70611.83317.89423.803lgc1.4281.6531.8011.934lgq0.7561.0731.2531.3771/c(L

25、/mg)0.0370.0220.0160.0121/q(g/mg)0.1750.0850.0560.012图3-10 Langmuir吸附等温曲线及线性相关曲线（308 K）Figure3-10 Langmuir adsorption isotherm curve and the linear correlation curve（308 K）在所选定的试验条件下，图3-10中吸附量q与铬标准溶液的平衡浓度c的倒数关系呈良好的线性关系。其线性回归方程为y=5.4290x-0.0286,相关系数R=0.9964。Langmuir吸附等温公式为1/q=(1/ab)*1/c+1/a,即1/ab=5.4

26、290,1/a=0.0286,得到：a=34.97，b=0.01，ab=0.35, 本实验得出稻壳吸附作单位稻壳的吸附量q与铬标准溶液的平衡浓度c的倒数关系曲线见图3-10的Langmuir方程：q=abc/(1+bc)式中：a与最大吸附量有关的常数； b与吸附能量有关的常数。本实验得出Langmuir方程：q=5.4290c/(1+0.01c).图4-11 Freundlich吸附等温曲线及线性相关曲线（308 K）Figure 3-11 Freundlich adsorption isotherm curve and the linear correlation curve（308K）图3

27、-11中吸附量q的对数与铬标准溶液的平衡浓度c的对数呈良好的线性关系。其线性回归方程为y=1.2395x-0.9973，相关系数R=0.9963。Freundlich吸附等温公式为lgq=lgK+1/nlgc. lgK=0.9973，K=9.938；1/n=1.2395，即吸附指数值。本实验得出稻壳吸附作单位稻壳的吸附量q与铬标准溶液的平衡浓度c的对数关系曲线见图3-11的Freundlich方程：q=kc1/n式中：k一定温度下，试样中铬标准溶液为单位浓度时，单位质量活性炭的吸附量；1/n吸附指数。本实验得出Freundlich方程：q=9.938c1.2395 由实验结果可知，在308 K

28、时，稻壳对铬标准溶液的吸附符合Langmuir方程及Freundlich方程，相关系数分别为0.9964和0.9963。参考文献：1 李键，张惠源，尔丽珠电镀重金属废水治理技术的发展现状J电镀与精饰，2003，25(3)：37382 安成强，崔作兴，郝建军，等电镀三废治理技术M北京：国防工业出版社，2002：2862923 武桃贵离子交换法去除与回收电镀废铬水中铬酸的实验研究J河北省科学院学报，2000，17(1)：43454 CHRISTENSEN D L, BAUN TH. Speciation of heavy metals in landfill leachate:A reviewJ.

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