麩皮去除廢水中Cr(VI)的實驗研究

楊增霞，宋露露，楊林

(青海師范大學 化學化工學院，青海 西寧 810008)

六價鉻[Cr(Ⅵ)]是一種嚴重危害人體健康和生態環境的污染物，已列入中國水環境污染物黑名單，去除方法有離子交換法、吸附法、電解法等[1-10]，其中吸附法因成本低、不產生二次污染等優點而被廣泛應用[11-16]。近幾年來，國內研究采用改性柚子皮[17]、平菇[18]、小麥秸稈[19]、蠶繭等[20]去除水中Cr(Ⅵ)，國外有學者用橄欖蔗渣[21]、龍眼種子等[22]為吸附劑。本文用麩皮作為生物吸附劑，探究麩皮用量、pH、吸附時間、Cr(Ⅵ)初始濃度等對Cr(Ⅵ)去除率的影響，為水污染治理提供了吸附性能良好的生物吸附劑，也探索了一條“變廢為寶”的新途徑。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

麩皮，取自本地面粉加工廠，經60 ℃干燥后，粉碎篩分為20～40目粒徑大小，用去離子水洗滌2次，在60 ℃下干燥24 h，置于干燥器存儲、備用；重鉻酸鉀、二苯碳酰二肼、丙酮、硫酸、磷酸、氫氧化鈉均為分析純;蒸餾水和去離子水,實驗室自制。

ESJ200-4B型電子分析天平；722S型紫外/可見分光光度計；202-2AB電熱恒溫干燥箱；PHSJ-3F型數字酸度計。

1.2 實驗方法

以K2Cr2O7溶液模擬含Cr(Ⅵ)廢水。在溫度25 ℃下，移取Cr(Ⅵ)離子濃度為50 mg/L的K2Cr2O7溶液10.00 mL于錐形瓶中，用4 g/L NaOH和1+1H2SO4溶液調節pH為1，添加麩皮吸附劑200 g/L，吸附4 h。吸附溶液加熱消解后，采用二苯碳酰二肼分光光度法(GB 7467—87)測定溶液中Cr(Ⅵ)濃度，計算Cr(Ⅵ)去除率。

2 結果與討論

2.1 吸附劑麩皮用量對Cr(Ⅵ)去除率的影響

在溫度、初始濃度、時間、pH不變的條件下，麩皮投加量對Cr(Ⅵ)去除率的影響見圖1。

由圖1可知，隨著麩皮投加量的增加，Cr(Ⅵ)的去除率增大，麩皮投加量200 g/L時,Cr(Ⅵ)去除率可達96.5%，說明麩皮對Cr(Ⅵ) 的去除效率較高。

2.2 pH對Cr(VI)去除率的影響

在溫度、初始濃度、時間、麩皮投加量不變的條件下，調節pH為1～8，pH對Cr(Ⅵ)去除率的影響，見圖2。

2.3 吸附時間對Cr(Ⅵ)去除率的影響

在溫度、初始濃度、吸附劑投加量、pH不變的條件下，吸附時間對Cr(Ⅵ)去除率的影響見圖3。

由圖3可知,隨著吸附時間增長，麩皮對Cr(Ⅵ)的去除率逐漸增大，相比于改變其他條件，增加吸附時間時Cr(Ⅵ)的去除率變化的幅度不是很大，說明吸附時間對Cr(Ⅵ)的去除率影響不是主要因素。開始吸附時，去除率迅速增大，一段時間后，去除效率降低，這是因為開始吸附時吸附劑表面含有大量可用的活性吸附位點，隨時間的增加，吸附位點被占用，去除率就下降。

2.4 Cr(Ⅵ)離子溶液初始濃度對去除率的影響

在溫度、時間、麩皮投加量、pH不變的條件下，改變Cr(Ⅵ)溶液初始濃度，初始濃度對去除率的影響見圖4。

由圖4可知,Cr(Ⅵ)去除率隨Cr(Ⅵ)溶液初始濃度的增加而下降，Cr(Ⅵ)的去除率可以從5 mg/L時的94.20%降到不再對Cr(Ⅵ)有去除作用，主要是麩皮為疏松的層狀結構，所以麩皮表面的活性位點會隨著Cr(Ⅵ)濃度的增大而很快達到飽和狀態，去除率就隨著降低，甚至沒有作用[25]。因此，Cr(Ⅵ) 初始濃度以5 mg/L為宜。

2.5 小結

麩皮可以作為生物吸附劑有效去除廢水中Cr(Ⅵ)，在麩皮用量200 g/L、pH=2、Cr(Ⅵ)初始濃度為5 mg/L、吸附240 min時，Cr(Ⅵ)去除率可以達到99.31%。4個影響因素中，pH對去除率的影響最顯著。

2.6 吸附動力學

在溫度為25 ℃下，移取5 mg/L的K2Cr2O7溶液10.00 mL于錐形瓶中，加入2.0 g麩皮，調節pH為2，分別吸附30,45,60,120,180,210,240 min，計算不同時間的吸附量，并作圖，用準一級和準二級動力學模型進行參數擬合，結果見表1。

表1 動力學模型擬合參數Table 1 Fitting parameters of kinetic model

由表1可知，準二級動力學模型能較好地描述麩皮對Cr(Ⅵ)的吸附過程，準二級動力學主要受吸附質與吸附劑間的離子鍵或共價鍵作用，可以推斷有機物在麩皮上的吸附為化學吸附,擬合的qe與實驗值更接近。

2.7 吸附等溫線

在溫度25 ℃下，移取濃度分別為5,10,20,30,40 mg/L的K2Cr2O7溶液10.00 mL于錐形瓶中，加入2.0 g麩皮，調節pH為2，吸附240 min，分別采用Langmuir和Freundlich等溫吸附模型對吸附數據進行擬合，結果見表2。

表2 吸附等溫參數Table 2 Adsorption isotherm parameters

由表2可知，Freundlich等溫模型更符合麩皮對Cr(Ⅵ)的吸附過程，說明該體系的吸附主要為多分子層吸附，而且是非均質表面的化學吸附過程。Langmuir模型參數中吸附平衡常數b=5.175 15>0，說明反應可以自發進行，即麩皮可自行吸附 Cr(Ⅵ)。

3 結論

(1)麩皮可以有效去除廢水中Cr(Ⅵ)，當麩皮用量為200 g/L，pH=2，Cr(Ⅵ)初始濃度為5 mg/L，吸附240 min時，Cr(Ⅵ)的去除率是99.31%。

(2)麩皮對Cr(Ⅵ)離子的吸附過程接近準二級動力學方程，吸附符合Freundlich等溫模型，飽和吸附量為55.44 mg/kg。