趙 暉，馮麗君，馮夢思，舒倩茜，李 波

（武漢紡織大學(xué) 環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430073）

改性花生殼對重金屬含鉻廢水的吸附研究

趙 暉，馮麗君，馮夢思，舒倩茜，李 波

（武漢紡織大學(xué) 環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430073）

對改性花生殼處理含Cr6+廢水進行研究，考察吸附時間、改性花生殼投加量、pH 值、Cr6+溶液初始濃度對吸附效果的影響。實驗結(jié)果表明，在吸附時間100min、改性花生殼投加量為5.0g/L、pH 值2.0、Cr6+溶液初始濃度25mg/L、常溫的優(yōu)化實驗條件下，硝酸改性花生殼比鹽酸改性花生殼吸附效果好，硝酸改性花生殼吸附率達到87%，鹽酸改性花生殼為71%。改性花生殼是一種較高效的重金屬離子吸附劑。

花生殼；改性；Cr6+；吸附

工業(yè)廢水是水體污染的主要污染源，其中重金屬廢水污染尤為突出，有些區(qū)域已經(jīng)危及到人類的生命安全。重金屬不被生物降解，其參與食物鏈循環(huán)并最終在生物體內(nèi)積累，通過飲水和食物鏈，對人類產(chǎn)生更為廣泛和嚴重的危害。

鉻處于周期表中的第ⅵ副族，在自然界中，主要以Cr3+和Cr6+存在。含鉻廢水中的鉻主要以Cr6+化合物存在，與Cr3+相比，Cr6+具有致癌致突變能力，在低濃度下也具有相當高的毒性，而且容易遷移，具有很強的氧化能力，其毒性是Cr3+的500 倍，對環(huán)境具有很大的危害，因而降低水體中鉻的含量就顯得尤為重要[1]。

吸附法是利用吸附劑的獨特結(jié)構(gòu)去除重金屬離子的一種具有潛力的污水凈化措施。常用的高效吸附劑是活性炭，但因制備成本高、再生困難，使其應(yīng)用受到限制。近年來，的生物質(zhì)材料作為吸附劑用于污水凈化逐漸成為一個研究熱點，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[2-3]。

花生殼中蛋白質(zhì)4%～7%、粗脂肪1%～2%、碳水化合物10.6%～21.2%、淀粉0.7%、半纖維素10.1%、粗纖維素65.7%～79.3%、灰分1.9%～4.6%；從化學(xué)元素看，花生殼除碳、氫、氧外，主要含有氮、磷、鉀、鈣、鎂、錳、鋅等，這些為花生殼的改性和利用提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，本文以花生殼作為吸附劑，對 Cr6+的吸附影響因素進行了研究。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

實驗用花生殼由武漢市郊的花生油加工廠提供?；ㄉ鷼し鬯楹筮^篩，選出粒徑介0.25mm～0.50mm的顆粒，用去離子水浸泡24h，去除懸浮細小物質(zhì)和可溶性物質(zhì)，在80℃的烘箱中烘干后放入干燥器中備用。

800型搖擺式中藥粉粹機（大德藥機公司）；DHG-9123A電熱恒溫鼓風干燥烘箱（上海-恒科學(xué)儀器有限公司）；JJ-8型六聯(lián)定時電動攪拌器（國華電器有限公司）；pHS-4型酸度計(上海大普儀器有限公司)；WFZ UV-2100型紫外可見分光光度計(尤尼柯儀器有限公司)。

1.2 花生殼的改性處理

稱取200g備用的花生殼，置于2.5L的大燒杯中，加入500mL濃度 1mol/L鹽酸溶液（或硝酸溶液），攪拌lh后，過濾去除液體部分，用去離子水清洗至中性，在80℃下烘干備用。

1.3 Cr6+溶液的制備

稱取120℃干燥2 h的重鉻酸鉀(K2Cr207，優(yōu)級純) 0.2829 g， 用蒸餾水溶解后，移入1000 mL 容量瓶中，用水稀釋至標線，搖勻。此標準儲備液的Cr6+濃度為100mg/L。

1.4 吸附試驗

在20℃時，將不同濃度的Cr6+溶液200mL置于250mL燒杯中，用1.0mol?L-1 HCl或NaOH調(diào)節(jié)溶液的pH，加入一定量的花生殼或改性花生殼，在水浴恒溫振蕩器中振蕩一定的時間，所有實驗的振蕩速度均為150r/min，靜置片刻后過濾，用分光光度計測定濾液的吸光度并計算Cr6+的吸附率。

式中，η為Cr6+的吸附率(%)，A0, Ae分別為K2Cr207廢水中Cr6+的初始濃度和平衡時的吸光度。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 吸附時間對吸附的影響

將濃度為100mg/L標準Cr6+儲備液稀釋至濃度為25mg/L，取該濃度溶液200ml置于燒杯中，加入1.0g花生殼，于20℃、150r/min水浴恒溫振蕩器中振蕩不同的時間后，靜置10 min，然后過濾，測定濾液的吸光度，研究吸附率隨時間的變化。結(jié)果見圖1。

圖1 吸附時間對吸附的影響

圖2 吸附劑用量對吸附的影響

由圖1可知，對于不同方式預(yù)處理的花生殼，吸附率大小為：硝酸改性花生殼＞鹽酸改性花生殼＞未改性花生殼。同時，隨著接觸時間的延續(xù)，花生殼對Cr6+的吸附率隨之增大。

開始接觸吸附時，吸附率增加較快，當吸附接觸時間超過100min后，吸附率隨時間的變化不大。100min時，硝酸改性花生殼和鹽酸改性花生殼吸附率分別達到71%和55%，未改性花生殼只有11%。該現(xiàn)象說明花生殼對Cr6+的吸附，100min時基本可以達到平衡，同時，改性花生殼的吸附效果大大好于未改性的花生殼。分析認為，對于改性花生殼的吸附過程而言，Cr6+的初始吸附主要集中在改性花生殼的表面，隨著吸附時間的延長，Cr6+的濃度減小，而且Cr6+要通過改性花生殼的孔隙才能被吸附，由于孔隙擴散速度較慢，吸附率隨吸附時間緩慢增加，直至達到吸附平衡[4]。為保證達到充分吸附平衡，優(yōu)化吸附時間定為100min。

2.2 吸附劑用量對吸附性能的影響

分別稱取不同質(zhì)量（0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g）的花生殼于燒杯中，加200ml濃度為25mg/L的Cr6+溶液，于20℃、150r/min水浴恒溫振蕩器中振蕩振蕩100min，靜置10 min后過濾，測定濾液的吸光度。研究花生殼的用量對Cr6+吸附效果的影響。結(jié)果見圖2。

由圖2可知，隨著花生殼用量的增多，對Cr6+的去除率也隨著增大，這是由于花生殼表面積和可利用的活性吸附位點增加的緣故。但當用量接近1.0g（即5g/L）時，吸附率變化趨于平緩，吸附率隨花生殼用量的增大變化不大，故可選取木屑的優(yōu)化用量為5g/L。

2.3 初始Cr6+濃度對吸附的影響

稱取 1.0g 花生殼于燒杯中，加200ml不同濃度的Cr6+溶液，于20℃、150r/min水浴恒溫振蕩器中振蕩100min。靜置10 min后過濾，測定濾液的吸光度，研究初始Cr6+濃度對含Cr6+廢水吸附效果的影響。濃度對Cr6+吸附率的影響見圖3。

圖3 溶液初始濃度對吸附的影響

圖4 pH值對吸附的影響

Cr6+初始濃度對吸附率有一定影響，花生殼對Cr6+的吸附吸附率隨著Cr6+濃度的增加而下降，當Cr6+初始質(zhì)量濃度小于25mg/L時，吸附率維持較高。因為溶液中的鉻主要以形式存在，并且是花生殼主要吸附的鉻離子，鉻初始濃度的增加會使鉻陰離子的數(shù)目增多，但是所占百分比會降低，所占百分比會增加，這樣就導(dǎo)致了鉻吸附率的減小[4]

當Cr6+初始質(zhì)量濃度為25mg/L時，硝酸改性花生殼吸附率達到71%，鹽酸改性花生殼也達到55%，而未改性花生殼吸附率僅為11%。Cr6+初始質(zhì)量濃度5mg/L、15mg/L的吸附率與25mg/L時相近，故優(yōu)化吸附條件可選擇為25mg/L。

2.4 溶液pH值對吸附的影響

溶液的 pH 會影響Cr6+在水溶液中的形態(tài)，并對吸附劑上的化學(xué)官能團活性產(chǎn)生影響[5-6]。稱取1.0g（即5g/L）的花生殼于燒杯中，加200ml濃度為25mg/L的Cr6+溶液，用濃度為0.10 mol /L的NaOH 或 HCl溶液調(diào)節(jié)體系pH1.0～10.0，于20℃、150r/min水浴恒溫振蕩器中振蕩100min，靜置10 min后過濾，測定濾液的吸光度。研究體系pH值對Cr6+吸附效果的影響。見圖4。

由圖4可見，隨著體系pH的升高，花生殼對Cr6+的吸附率迅速降低。當體系pH為 1.0 時，花生殼對Cr6+的吸附率最大，未改性花生殼、鹽酸改性花生殼、硝酸改性花生殼分別達到34%、73%和89%；當體系pH為2.0時，未改性花生殼、鹽酸改性花生殼、硝酸改性花生殼對Cr6+的吸附率也分別達到35%、71%和87%。pH 為 1.0和2.0時的吸附率相差不大，可以考慮選擇pH2.0作為體系的酸度。

以上數(shù)據(jù)說明酸性環(huán)境有利于吸附劑對Cr6+的吸附。一方面，pH值低時，溶液中的Cr6+主要以、。形式存在，同時質(zhì)子H+較多，花生殼表面功能基團氨基、羥基接受質(zhì)子H+，形成正電性的、吸附中心，通過靜電作用，鉻陰離子可被正電吸附中心所吸附；隨著溶液pH值的增大，雖然Cr6+仍然以，形式存在，但是花生殼表面正電吸附中心數(shù)目卻在減少，導(dǎo)致對鉻陰離子吸附量的減小，可見，花生殼表面帶正電荷的功能集團與鉻陰離子間的靜電作用在吸附過程中起著重要的作用。另一方面，溶液pH值的增大會使Cr6+在溶液中的形態(tài)分布發(fā)生變化，導(dǎo)致的數(shù)目增多，的數(shù)目減小，從而使得成為占優(yōu)勢的鉻陰離子。這兩方面的原因最終導(dǎo)致了吸附率的減小[4]。總之，pH值對溶液中的形態(tài)分布和花生殼表面功能集團所帶電荷有顯著的影響。

2.5 吸附過程反應(yīng)級數(shù)

吸附動力學(xué)的結(jié)果呈于圖 1，初始階段吸附速度較快，隨后是一個速度較慢的吸附過程，60min后，吸附基本達到平衡。隨后，時間的增加對Cr6+的吸附幾乎沒有影響。

為了確定吸附過程的反應(yīng)級數(shù)，將圖1數(shù)據(jù)代入Langergren準一級反應(yīng)動力學(xué)方程：

式中：qe 和 qt(mg/ g)分別為吸附平衡時和t 時間的染料吸附量；kad是速率常數(shù)，其值可由1g (qe - qt)對 t作圖所得直線方程的斜率求得。Cr6+吸附的Langergren圖呈于圖5，未改性花生殼吸附Cr6+、硝酸改性花生殼吸附Cr6+、鹽酸改性花生殼線性吸附Cr6+相關(guān)系數(shù)R2分別為0.956、0.8382、0.8793，數(shù)據(jù)表明未改性花生殼吸附符合Langergren準一級反應(yīng)動力學(xué)方程。

3 結(jié)論

（1）普通花生殼和改性花生殼對含 Cr6+廢水均有吸附作用，利用硝酸和鹽酸改性處理后的花生殼對含Cr6+重金屬廢水的吸附性能明顯優(yōu)于普通花生殼。未改性花生殼吸附符合Langergren準一級反應(yīng)動力學(xué)方程。

（2）鹽酸改性花生殼和硝酸改性花生殼處理含Cr6+廢水的優(yōu)化條件：吸附時間為100min、花生殼用量為 5g/L、Cr6+初始質(zhì)量濃度為25mg/L 、pH值為2。

（3）在優(yōu)化條件下，硝酸改性花生殼的吸附效果略好于比鹽酸改性花生殼，硝酸改性花生殼吸附率達到 87%，鹽酸改性花生殼吸附率為71%。說明不同的改性條件，對吸附率有不同的影響。

圖5 花生殼吸附的Langergren方程

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Study on the Adsorption of Modified Peanut Shell for Cr6+in Wastewater

ZHAO Hui, FENG Li-jun, FENG Meng-si, SHU Qian-qian, LI Bo
(School of Environment engineering, Wuhan Textile University , Wuhan Hubei 430073, China)

Treatment of Cr6+-containing wastewater by modified peanut shell was studied. The influences of adsorption time, quantity of modified peanut shell, pH value and initial concentration on its adsorption to Cr6+in water were examined. The experimental results show that under the following optimization conditions of adsorption time 100min, the dosage of modification woodflour 5.0g/L, pH 2.0，initial concentration25mg/L and room temperature，the adsorption rate of Cr6+could be up to 71%. The results indicate that modified peanut shell is a kind of good and cost effective adsorbent.

Peanut Shell; Modification; Cr6+; Adsorption

X703.1

A

1009－5160(2011)06－0044－04

趙暉（1968-），女，副教授，研究方向：環(huán)境工程.

中國紡織工業(yè)協(xié)會項目（2008036）.