C15型木質活性炭吸附鉻(Ⅵ)的研究

雷 勇，陳旭澤，伍佳偉，周 穎，郭 嘉

(武漢工程大學化工與制藥學院 綠色化工過程教育部重點實驗室，湖北 武漢 430073)

活性炭是以富碳物質為原料，經高溫炭化和活化制得的含有大量微孔和大比表面積的疏水性吸附劑[1-4]，應用廣泛[5]。按原料來源不同，活性炭分為煤質炭、石油質炭、骨炭、血炭和生物質炭等多種類型。木質活性炭屬于生物質炭，與紙張、松香一樣是重要的林產化工品。福建省，特別是武夷山地區，是我國重要的林業基地，當地生產木質活性炭的企業達30余家，年產活性炭約3萬t ，其中部分出口至歐美、東南亞、日本等地區和國家。由于此類活性炭具有原料來源豐富、價格低廉、比表面積較大、雜質含量低、吸附效果良好的特點，已廣泛應用于食品、醫藥、電子化學品、催化劑載體、氣體凈化等領域[6-9]。

含鉻工業廢水主要來源于制革、紡織品、印染以及電鍍行業，其中存在的鉻元素以六價鉻(即鉻酸鹽或重鉻酸鹽的形式)為主，六價鉻毒性很高(較三價鉻高出100倍)、容易被人體吸收且在體內蓄積，已被國家環保總局列為廢水治理的重點元素之一，必須處理達標后排放[10-11]。

作者在此以C15型木質活性炭吸附廢水中鉻(Ⅵ)，并考察了不同吸附條件對吸附效果的影響，擬為開發新型的污水處理用活性炭提供理論依據。

1 實驗

1.1 材料、試劑與儀器

C15型木質活性炭(粒徑2.5～3.5 mm，強度>90%，耐壓>3 kg，水分<10%，碘吸附量>700 mg·g-1，灰分<3%)，武夷山市林產化工廠。

重鉻酸鉀(優級純)，上海嘉辰化工有限公司；二苯碳酰二肼(分析純)，上海三愛思試劑廠。

BP210S型分析天平，上海精密儀器儀表有限公司；722/721型分光光度計，上海光譜儀器有限公司；PHS-3C型精密pH計，上海今邁儀器儀表有限公司；DF-101B型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鄭州長城科工貿有限公司；DHG-9023型電熱恒溫鼓風干燥箱，杭州藍天化驗儀器廠；NR-30型振蕩器，日本TAITEC株式會社。

1.2 工藝流程(圖1)

圖1C15木質活性炭吸附鉻(Ⅵ)的工藝流程

Fig.1TheprocessflowofadsorptionofCr(Ⅵ)byC15-typewood-baseactivatedcarbon

2 結果與討論

2.1 吸附時間對鉻(Ⅵ)吸附量的影響

固定其它條件不變，考察吸附時間對鉻(Ⅵ)吸附量的影響，結果見表1。

表1吸附時間對鉻(Ⅵ)吸附量的影響

Tab.1The effect of adsorption time on adsorptioncapacity of Cr(Ⅵ)

由表1可知，活性炭對鉻(Ⅵ)的吸附量在1.5～4.5 h內增加較快，4.5 h后隨著吸附時間的延長增加較慢，在6.0 h時吸附基本達到平衡。因此，適宜的吸附時間為6.0 h。

2.2 pH值對鉻(Ⅵ)吸附量的影響

固定其它條件不變，考察pH值對鉻(Ⅵ)吸附量的影響，結果見表2。

表2pH值對鉻(Ⅵ)吸附量的影響

Tab.2The effect of pH value on the adsorptioncapacity of Cr(Ⅵ)

由表2可知，隨著pH值的增大，活性炭對鉻(Ⅵ)的吸附量逐漸減小。在實驗過程中，當溶液pH值小于4時，重鉻酸鉀溶液的顏色由橙色變為綠色，這說明鉻(Ⅵ)轉變成了鉻(Ⅲ)，并且在活性炭表面有氣泡產生，酸性越強，反應越劇烈。原因主要是活性炭在強酸性條件下起了還原作用。由于鉻(Ⅵ)為強還原劑，以各種形式存在于溶液中的鉻(Ⅵ)與酸性條件下的活性炭接觸，發生如下反應：

2.3 初始濃度對鉻(Ⅵ)吸附量的影響

選擇活性炭的加量為0.5 g左右，在室溫下，以鉻(Ⅵ)初始濃度為20～80 mg·L-1的重鉻酸鉀溶液與活性炭一起振蕩吸附0.5 h，結果發現，鉻(Ⅵ)的初始濃度越高，活性炭對鉻(Ⅵ)的吸附量越大。

3 結論

C15型木質活性炭在吸附時間為6.0 h、pH值約大于4的條件下，對廢水中鉻(Ⅵ)有良好的吸附效果。且隨著鉻(Ⅵ)初始濃度的增大，活性炭對鉻(Ⅵ)的吸附量也逐漸加大。

(致謝：感謝“E+”雙專業一體化復合型人才培養模式創新實驗區和湖北省高等學校大學生創新活動基地“武漢工程大學化工與環境類大學生創新活動基地”的支持!)

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