硝酸活化花生殼處理含鉻廢水研究

張蔚萍，黃 源，胡慶華，楊期勇

（1.九江學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，江西 九江 332005；2.江西省鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟研究中心，江西 九江 332005）

隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，含鉻廢水的排放量日益增長。含鉻廢水被排入天然水體，不僅對水生生物構(gòu)成威脅，而且可能通過沉淀、吸附及食物鏈而不斷富集，破壞生態(tài)環(huán)境，并最終危害到人類的健康。

傳統(tǒng)的含鉻廢水處理方法有化學(xué)沉淀法、吸附法、離子交換法、電解法等［1－6］，但傳統(tǒng)方法存在著諸多問題，如成本高、對于排放標準嚴格的水源保護區(qū)難以達標等。近年來，生物質(zhì)材料作為吸附劑用于污水凈化逐漸成為一個研究熱點［7－12］，雖然生物質(zhì)材料對污染物的吸附量比活性炭小，但由于生物質(zhì)材料來源豐富、取材方便、價格低廉、用后不必再生，可直接處理，大大降低了重金屬廢水的處理費用，因而具有很好的應(yīng)用前景［13－14］。

本文用硝酸對天然花生殼活化，將其應(yīng)用于模擬含鉻廢水處理，運用正交試驗法得到最優(yōu)吸附條件，可以為化學(xué)活化花生殼處理含鉻廢水的研究及其應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 實驗

1.1 花生殼的活化

（1）天然花生殼預(yù)處理：將天然花生殼粉碎過篩（40目）后，用去離子水浸泡24h，濾干，最后在烘箱中于80℃下烘5h，冷卻后裝瓶備用。

（2）花生殼活化：將200g上述預(yù)處理后的花生殼粉加入到500mL的1mol／L的硝酸中，攪拌1h，濾干，用去離子水清洗，最后在烘箱中于80℃下烘5h，冷卻后裝瓶備用。

1.2 花生殼對Cr（VI）的吸附

1.2.1 實驗試劑

（1）顯色劑：稱取二苯碳酰二肼（C13H14N4O）0.2 g，溶于50mL丙酮中，加水稀釋至100mL，搖勻，貯于棕色瓶，置冰箱中。

（2）鉻標準貯備液：稱取于110℃干燥2h的重鉻酸鉀（K2Cr2O7分析純）0.282 9±0.000 1g，用水溶解后移入1 000mL容量瓶中，用水稀釋至標線，搖勻。此溶液1mL含0.10mg六價鉻（六價鉻質(zhì)量濃度為100mg／L）。

（3）鉻標準使用液：使用當(dāng)天配制，用鉻標準貯備液稀釋，配成所需濃度的Cr（VI）。

1.2.2 分析方法

利用二苯碳酰二肼顯色法，通過分光光度計測吸附前后鉻溶液的吸光度A，算出鉻的去除率。

1.2.3 繪制鉻標準溶液的特性曲線

用鉻標準貯備液稀釋，配成質(zhì)量濃度分別為0.004、0.010、0.020、0.040、0.080、0.100、0.120、0.160、0.200、0.400、0.600、0.800、1.000mg／L 的Cr（VI）溶液，然后在波長λ＝540nm下分別測它們的吸光度，繪制鉻液的標準曲線，即吸光度A與鉻液中Cr（VI）的質(zhì)量濃度c的關(guān)系曲線。

1.2.4 花生殼活化前后對水中Cr（VI）的吸附研究

將Cr（VI）標準儲備液稀釋至質(zhì)量濃度為5.0 mg／L，取該濃度溶液50mL置于燒杯中，加入一定量的花生殼，用鹽酸和氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值，于恒溫水浴鍋中攪拌，靜置10min，然后過濾，取濾液10.00 mL各3份于50mL的比色管中，稀釋到50mL后，測濾液的吸光度，研究未經(jīng)硝酸活化的花生殼對Cr（VI）去除率隨吸附時間、投料量、吸附溫度、pH的變化情況。

1.3 花生殼的表征

利用傅里葉紅外光譜儀分析活化前后花生殼表面的官能團變化，探索化學(xué)活化花生殼吸附Cr（VI）的吸附機理。

2 結(jié)果與討論

2.1 鉻液的標準曲線

測得的鉻液的標準曲線見圖1。

圖1 鉻液標準曲線

根據(jù)鉻液標準曲線得到鉻液質(zhì)量濃度與吸光度的線性方程為y＝0.562 85x＋0.001 59，相關(guān)系數(shù)R 為0.998 96，鉻液濃度與吸光度的線性關(guān)系很好。

2.2 未經(jīng)硝酸活化的花生殼對水中Cr（VI）的吸附研究

為了考察4個因素（吸附時間、吸附溫度、未經(jīng)硝酸活化的投料量m、pH）對Cr（VI）的吸附率的影響情況，采用四因素三水平的正交試驗，根據(jù)單因素試驗結(jié)果，吸附時間分別為：110、120、130min，吸附溫度分別為：20、25、30℃，m 為16、18、20g／L，pH 值分別為2、3、4，結(jié)果見表1，分析結(jié)果見表2。

表1 未經(jīng)硝酸活化的花生殼對水中鉻（VI）的吸附正交試驗結(jié)果及分析

表2 對表1結(jié)果的分析

由表2中的極差R可看出，未經(jīng)硝酸活化的花生殼對Cr（VI）的吸附影響因素的主次排序為：pH值影響＞溫度影響＞投料量影響＞吸附時間影響；最佳吸附條件為：pH＝2；θ＝25℃；m＝20g／L；t＝120min，此時吸附率高達74.12%。

2.3 硝酸活化花生殼對水中Cr（VI）的吸附研究

為了考察4個因素（吸附時間、吸附溫度、硝酸活化后的花生殼投料量（m）、pH）對鉻（VI）的吸附率的影響情況，采用四因素三水平的正交試驗，根據(jù)單因素試驗經(jīng)驗，吸附時間分別為：90、95、100min，吸附溫度分別為：55、60、65 ℃，m 為3、4、5g／L，pH 值分別為2、3、4，試驗結(jié)果見表3，分析結(jié)果見表4。

表3 硝酸活化花生殼對水中鉻（VI）的吸附正交試驗結(jié)果及分析

表4 對表3結(jié)果的分析

由表4中的極差R可以看出：經(jīng)硝酸活化的花生殼對鉻（VI）的吸附影響因素的主次排序為：pH值影響＞溫度影響＞投料量影響＞吸附時間影響；最佳吸附條件為：pH＝2；θ＝60℃；M＝5g／L；t＝95min，此時吸附率高達95.14%。

2.4 活化前后的花生殼表面官能團的紅外光譜

活化前后的花生殼表面官能團的紅外光譜分別見圖2和圖3。

圖2 未經(jīng)硝酸活化的花生殼紅外光譜

波數(shù)在2 500～3 250cm－1的紅外吸收峰為羧基特征吸收峰，1 620cm－1吸收峰為羰基特征吸收峰，3 400cm－1附近寬峰為羥基伸縮振動吸收峰。對比圖2和圖3可知：經(jīng)硝酸活化后花生殼在2 500～3 250 cm－1吸收峰明顯強于未經(jīng)硝酸活化的花生殼，而羧基的生成有利于對Cr（Ⅵ）的吸附，從而使吸附效率大大提高。

圖3 經(jīng)硝酸活化的花生殼紅外光譜

3 結(jié)論

（1）經(jīng)硝酸活化后的花生殼對Cr（VI）的最佳吸附條件為：pH＝2、吸附溫度為60℃、花生殼投料量為5g／L、吸附時間為95min，此時吸附效率高達95.14%，比未經(jīng)活化處理的花生殼的吸附效率提高了21.02%。

（2）經(jīng)硝酸活化后，花生殼表面生成的羧基增強了對Cr（VI）的吸附作用。

（

）

［1］孟祥和，胡國飛.重金屬廢水處理［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：115－121.

［2］Akpor O B，Muchie M.Remediation of heavy metals in drinking water and wastewater treatment systems：Processes and applications［J］.International Journal of the Physical Sciences，2010，5（12）：1807－1817.

［3］高效江，戎秋濤.麥飯石對金屬的吸附作用研究［J］.環(huán)境污染與防治，1997，19（4）：4－8.

［4］賈陳忠，秦巧燕，樊生才.活性炭對含鉻廢水的吸附處理研究［J］.應(yīng)用化工，2006，35（5）：369－372.

［5］袁智斌.化學(xué)分類沉淀法處理銅箔廢水的工程應(yīng)用［J］.銅業(yè)工程，2005（4）：23－25.

［6］王章霞，黃瑞敏，林德賢，等.微電解法在電鍍混合廢水處理中的應(yīng)用及研究［J］.電鍍與涂飾，2005，24（9）：46－48.

［7］劉智峰，李旭.改性花生殼吸附廢水中Cr（Ⅵ）條件的優(yōu)選試驗［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（29）：16498－16500.

［8］王國惠.板栗殼對重金屬Cr（Ⅵ）吸附性能的研究［J］.環(huán)境工程學(xué)報，2009，3（5）：791－794.

［9］朱婧瑩，錢斯日古楞，王紅英，等.改性大麥皮對Cr6＋的吸附性［J］.大連工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2009，28（5）：317－320.

［10］Kobya M.Removal of Cr（Ⅵ）aqueous solution by onto hazelnut shell activated carbon：Kinetic and equilibrium studies［J］.Bioresource Technology，2004，91：317－321.

［11］Li C，Chen H，Li Z.Adsorption removal of Cr（Ⅵ）by Femodified steam exploded wheat straw process［J］.Bio－Chemistry，2004，39：541－545.

［12］Yu L J，Shukla S S，Dorris K L，et a1.Adsorption of chromium from aqueous solutions by maple sawdust［J］.Journal of Hazardous Materials，2003，B100：53－63.

［13］Sud D，Mahajan G，Kaur M P.Agricultural waste material as potential adsorbent for sequestering heavy metal ions from aqueous solutions a review ［J］.Bioresource Technology，2008，99：6017－6027.

［14］WanNgah W S，Hanaah M A.Removal of heavy metal ions from wastewater by chemically modified plant wastes as adsorbents：a review［J］.BioresourceTechnology，2008，99：3935－3948.