不銹鋼酸洗廢水中Cr+6離子的解吸附研究 *

高偉偉，趙明星，杜 丹

(1.湖州高林不銹鋼管制造有限公司 浙江 湖州 313000； 2.湖州師范學院 生命科學學院， 浙江 湖州 313000)

一、引 言

竹粉/膨潤土尾礦復合陶粒對Cr+6離子具有較好的吸附特性，可成為處理Cr+6離子的有效吸附劑[1]211-218。解吸附也稱吸附劑再生，是實現吸附劑循環利用、降低使用成本的重要一環。在吸附基礎上研究解吸附過程一直是相關學者關注的焦點。目前，吸附劑的再生方法主要有加熱、酸堿溶液、鹽溶液、溶劑、氧化劑、微波以及超聲波再生等方法[2]55-58。常用的解吸附劑有酸堿脫附劑、鹽脫附劑和螯合脫附劑等[3]319-333。其中，解吸附劑HCl和NaOH對一些重金屬離子具有較好的解吸附效果[4]601-612 [5]853-859 [6]5985-5994。本實驗以竹粉/膨潤土尾礦復合陶粒為吸附劑，對Cr+6離子進行吸附，以NaOH為解吸附劑，研究不同條件下對Cr+6離子的解吸附影響，并探討復合陶粒循環使用次數及在實際廢水中的應用效果。

二、實驗材料與方法

(一)試劑、儀器及復合陶粒的制備

1.試劑及儀器 本實驗所用試劑和儀器如下表所示(參見表1)：

表1 實驗所用試劑及儀器對應表

2.復合陶粒的制備 以膨潤土尾礦和竹粉為原料，將原料過100目篩子，采取6∶4混合比例，添加適量有機膠黏劑進行混合，利用成球機制成6 mm球體，使用石英砂埋燒法，在1 000 ℃溫度中保溫1 h，得到膨潤土尾礦復合陶粒。

(二)吸附和解吸附方法

1.吸附方法 配制100 mg/L的Cr+6標準溶液，移取100 mL至錐形瓶中，用稀硝酸或氫氧化鈉調至pH=1。然后，在Cr+6溶液中加入1 g陶粒，放入25 ℃恒溫振蕩器中進行吸附(90 rpm，6 h)。

2.解吸附方法 取吸附后的復合陶瓷顆粒1 g，把復合陶粒置于50 mL的NaOH解吸劑中，然后將它們放入25 ℃恒溫振蕩器中進行重金屬離子的解吸附。將經過解吸附的復合陶粒在70 ℃真空干燥箱中進行干燥，直至恒重。再將干燥的復合陶粒投入到100 mg/L的重金屬溶液中，進行重金屬離子的再吸附。

吸附量(qt，mg·g-1)和吸附率(η，%)可按下式(1)和(2)計算：

(1)

(2)

式中：C0為金屬離子溶液的初始濃度(mg·L-1)；C為吸附后溶液中的金屬離子濃度(mg·L-1)；Ct為t時金屬離子的濃度(mg·L-1)。

解吸附量D(mg·g-1)和解吸附率d(%)按式(3)和式(4)計算[7]39-42：

(3)

(4)

式中：ρ為解吸附后溶液中的金屬離子濃度(g·L-1)；V為溶液體積(mL)；m0為吸附飽和的吸附劑質量(g)；Q0為飽和吸附量(mg·g-1)。

三、結果與討論

(一)解吸附劑最佳濃度的確定

不同的解吸附劑對應不同的吸附體系，不同的吸附劑其解吸附效果是不一樣的，所以，選擇適合本身體系的解吸附劑是關鍵。對Cr+6的吸附劑進行解吸附，采用NaOH作為解吸附劑，目前已有較多研究。解吸附劑NaOH具有試劑易得和效果好等優點，且可以通過改變解吸附劑的濃度和解吸附時間來獲得最佳解吸附條件。本實驗選擇NaOH作為復合陶粒的解吸附劑，進行不同濃度的解吸附實驗，以確定最佳解吸附劑濃度。

取吸附后的復合陶粒1 g，放置在濃度為0.1-0.8 mol/L的50 mLNaOH溶液中振蕩6 h。然后，把解吸附后的復合陶粒進行再吸附。結果如圖1所示(參見圖1)。從圖1可以看出：總體上濃度對解吸附的影響不大，在濃度為0.3 mol/L時，復合陶粒的再吸附率略高于其他濃度，說明這是最佳解吸附濃度。

(二)解吸附時間對解吸附效果的影響

解吸附時間是研究解吸附過程的重要參數，也是提高復合陶粒再利用效率的重要依據。在解吸附劑NaOH濃度為0.3 mol/L，解吸附時間為1-10 h時，可得如下解吸附復合陶粒的再吸附實驗結果(參見圖2)。由圖2可知，在5 h以內，隨著解吸附時間的增加，復合陶粒的吸附率也增加；大于5 h時后，再吸附率趨于平緩。這說明：NaOH解吸附在5 h以內時效果明顯，在較短時間可以得到較好的解吸附效果，可以明顯提高循環利用效率。再吸附率高的原因可能是解吸附后產生的新表面具有新的吸附效果。這個結果需要解吸附、再吸附的次數及實際廢水的處理過程來驗證。

圖1 復合陶粒在NaOH溶液中解吸附后的再吸附率 圖2 解吸附時間對復合陶粒再吸附率的影響

(三)解吸附次數對吸附劑再利用的影響

解吸附次數是重復利用復合陶粒的重要參數，在重金屬離子廢水處理的過程中，吸附劑的再生和重復利用有利于縮短生產周期，降低生產成本，提高生產效率[8]235-241 [9]1003-1012。

取復合陶粒1 g，在pH=1的100 mL/gCr+6溶液中吸附6 h。把吸附后的復合陶粒烘干，再把烘干后的復合陶粒在濃度為0.3 mol/L的50 mLNaOH溶液中解吸附6 h。解吸附后的復合陶粒經洗滌和干燥后，在上述條件下進行再吸附，其實驗結果如圖3所示(參見圖3)。從圖3中可以看出：隨著解吸附次數的增加，再吸附率會下降。解吸附次數為3時，再吸附率為84.05%；解吸附次數為5時，再吸附率為62.66%。當解吸附次數達到6次時，雖然復合陶粒沒有破碎，但再吸附率已無法滿足使用要求，部分吸附表面被吸附離子占領。若需要提高吸附率，則需要增加吸附后廢球的數量或延長解吸附時間。根據上述試驗可知：吸附后的陶粒可以使用5次，在實際廢水使用中可根據實際條件進行工藝優化，以此來確定最佳使用條件。

(四)實際廢水處理效果

為了驗證上述模擬Cr+6溶液實驗效果，本實驗取湖州高林不銹鋼管制造有限公司的不銹鋼酸洗廢水(以下簡稱實際廢水)進行實際應用實驗。取pH=1，把20 g復合陶粒在200 mL實際廢水中吸附6 h。由于廢水中含有Cr+6、Ni+2和Fe+3，在去除廢水中的Ni+2和Fe+3后，就可以測定Cr+6的吸附率。然后，把洗滌和干燥后的復合陶粒，在濃度為0.3 mol/L的50 mLNaOH溶液中解吸附6 h。圖4模擬Cr+6溶液和實際廢水的解吸附時間對再吸附的影響(參見圖4)。由圖4可知：實際廢水在4-8 h范圍內，再吸附率隨解吸附時間的變化不大。解吸附5 h后，模擬Cr+6溶液和實際廢水對再吸附影響都不大，說明實際廢水和模擬Cr+6溶液有較好的一致性。其中，解吸附時間為6 h時再吸附率最高。

把模擬Cr+6溶液的研究結果適用于實際廢水，則實際廢水的處理效果如圖5所示(參見圖5)。由圖5可以看出：處理效果較好，原來黑色的實際廢水基本變成白色透明。

圖3 解吸附次數對復合陶粒再吸附性能的影響 圖4 解吸附時間對模擬Cr+6溶液和實際廢水解吸附效果的影響

圖5 實際廢水與解吸附后的再吸附溶液的效果比較

四、結 語

本實驗以竹粉/膨潤土尾礦復合陶粒為吸附劑，吸附Cr+6離子，研究了NaOH解吸附劑對Cr+6離子解吸附的影響，探討了解吸附濃度、解吸附時間和次數對解吸附效果的影響，并對實際廢水進行實驗，得到以下結論：(1)以NaOH為解吸附劑，濃度對解吸附效果影響不大，濃度為0.3 mol/L時最佳。(2)解吸附時間在5 h時，解吸附接近平衡；解吸附時間在6 h時，解吸附效率最高，陶粒循環利用次數可達5次。(3)實際廢水實驗表明，在最佳條件下有較好的處理效果。