趙 暉，廖 祥，陳金文，周麗花，李 婳

(1.武漢紡織大學 環(huán)境工程學院，湖北 武漢 430073;2.華中師范大學第一附屬中學，湖北 武漢 430223)

改性木屑吸附處理含Cr(Ⅵ)廢水

趙 暉1，廖 祥1，陳金文1，周麗花1，李 婳2

(1.武漢紡織大學 環(huán)境工程學院，湖北 武漢 430073;2.華中師范大學第一附屬中學，湖北 武漢 430223)

對改性木屑處理含Cr(Ⅵ)廢水進行了研究，考察了溶液Cr(Ⅵ)初始質量濃度、溶液pH、木屑加入量、吸附時間對吸附效果的影響。實驗結果表明:在溶液初始Cr(Ⅵ)質量濃度15 mg/L、溶液pH 2.0、木屑加入量7.5 g/L、吸附時間60 min的優(yōu)化實驗條件下，硝酸改性木屑比磷酸改性木屑吸附效果好，硝酸改性木屑對Cr(Ⅵ)的吸附率達到85%，磷酸改性木屑對Cr(Ⅵ)的吸附率為76%。

木屑;改性;吸附;鉻;廢水處理

工業(yè)廢水是水體污染的主要污染源，重金屬廢水污染更加嚴重。重金屬不能被生物降解，可參與食物鏈循環(huán)并最終在生物體內積累，通過飲水和食物鏈對人類產生廣泛和嚴重的危害［1－2］。Cr處于周期表中的第Ⅵ副族，在自然界中，主要以Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)存在。含Cr廢水中的Cr主要以Cr(Ⅵ)化合物存在，與Cr(Ⅲ)相比，Cr(Ⅵ)具有致癌致突變能力，而且容易遷移，具有很強的氧化能力，在低濃度下也具有相當大的毒性，毒性是 Cr(Ⅲ)的100倍，對環(huán)境具有很大的危害，因而降低水體中Cr的含量尤為重要［3－8］。

吸附法是利用吸附劑的獨特結構去除重金屬離子的一種具有潛力的廢水凈化措施［9］。常用的高效吸附劑是活性炭，但因制備成本高、再生困難，使其應用受到限制。近年來，利用生物質材料為吸附劑處理廢水逐漸成為一個研究熱點［10－11］。雖然生物質材料對污染物的吸附量比活性炭小，但由于生物質材料來源豐富、取材方便、價格低廉、用后不必再生可直接處理等，大大降低了廢水的處理費用，因而具有很好的應用前景［12－15］。

本工作以木屑［16－17］為吸附劑，處理含 Cr(Ⅵ)廢水，考察了吸附過程的影響因素，并對 Cr(Ⅵ)的吸附熱力學特征進行了研究。

1 實驗部分

1.1 材料、試劑與儀器

重鉻酸鉀:優(yōu)級純;其他試劑均為分析純。

800型搖擺式中藥粉粹機:大德藥機公司;DHG－9123A型電熱恒溫鼓風干燥烘箱:上海一恒科學儀器有限公司;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 木屑的改性處理

稱取200 g木屑，置于2.5 L大燒杯中，加入500 mL濃度為 1 mol/L的磷酸溶液(或硝酸溶液)，攪拌l h后，過濾去除液體部分，用去離子水清洗至中性，在80℃下烘干即得改性木屑。

1.3 Cr(Ⅵ)儲備液的制備

稱取120℃干燥2 h的重鉻酸鉀0.282 9 g，用蒸餾水溶解后移入1 000 mL容量瓶定容。所得儲備液的 Cr(Ⅵ)質量濃度為100 mg/L，pH 5.5 ～6.0。

1.4 吸附實驗

2.1 兩組患者干預前后應對方式和社交心理評分比較 兩組患者入院時，在TCSQ、SAD、UCLA、RSES量表得分方面差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。干預4周后，干預組TCSQ積極應對方式、SAD、UCLA、RSES得分均優(yōu)于對照組，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.01)，見表1。

在20℃時，取不同質量濃度的 Cr(Ⅵ)溶液200 mL，用1.0 mol/L HCl或 NaOH調節(jié)溶液的pH，加入一定量的木屑，在150 r/min水浴恒溫振蕩器中振蕩吸附一定時間后取樣，靜置10 min后過濾，取濾液采用二苯碳酰二肼比色法于波長540 nm處測定吸光度［18］，并計算Cr(Ⅵ)吸附率。

2 結果與討論

2.1 吸附時間對Cr(Ⅵ)吸附率的影響

當溶液初始Cr(Ⅵ)質量濃度為25 mg/L、木屑加入量為7.5 g/L、溶液pH為6.0時，吸附時間對Cr(Ⅵ)吸附率的影響見圖1。

圖1 吸附時間對Cr(Ⅵ)吸附率的影響

由圖1可見:當吸附時間相同時，不同方式處理的木屑對Cr(Ⅵ)吸附率的大小順序為硝酸改性木屑＞磷酸改性木屑＞未改性木屑;當吸附時間為10～60 min時，Cr(Ⅵ)吸附率增大，當吸附時間超過60 min后，Cr(Ⅵ)吸附率隨時間變化不大;當吸附時間為60 min時，硝酸改性木屑、磷酸改性木屑、未改性木屑對Cr(Ⅵ)吸附率分別為39%，38%，9%。3種木屑對Cr(Ⅵ)均有吸附效果，改性木屑的吸附效果好于未改性木屑。實驗選擇優(yōu)化吸附時間為60 min。

2.2 木屑加入量對Cr(Ⅵ)吸附率的影響

當溶液初始Cr(Ⅵ)質量濃度為25 mg/L、溶液pH為6.0、吸附時間為60 min時，木屑加入量對Cr(Ⅵ)吸附率的影響見圖2。由圖2可見:隨著木屑加入量增大，Cr(Ⅵ)吸附率增大;當木屑加入量大于7.5 g/L后，Cr(Ⅵ)吸附率變化不大。木屑的主要成分為纖維素、半纖維素、果膠、木素和蛋白質，其結合重金屬離子的活性部位是巰基、氨基、鄰醌和鄰酚羥基，具有天然交換能力和吸附特性;而經改性處理后的木屑可產生官能作用與交聯(lián)作用，使其穩(wěn)定性和化學吸附能力提高，能有效地脫除重金屬離子［19］。故選取木屑的加入量為7.5 g/L。

圖2 木屑加入量對Cr(Ⅵ)吸附率的影響

2.3 溶液pH對Cr(Ⅵ)吸附率的影響

溶液pH會影響Cr(Ⅵ)在水溶液中的形態(tài)，并對吸附劑上的化學官能團活性產生影響［20－21］。當溶液初始Cr(Ⅵ)質量濃度為25 mg/L、木屑加入量為7.5 g/L、吸附時間為 60 min時，溶液 pH對Cr(Ⅵ)吸附率的影響見圖3。由圖3可見，隨著溶液pH的增大，木屑對Cr(Ⅵ)的吸附率迅速減小;當溶液pH為 1.0時，木屑對Cr(Ⅵ)的吸附率最大，未改性木屑、磷酸改性木屑、硝酸改性木屑對Cr(Ⅵ)吸附率分別達到35%，63%，74%;當溶液pH為2.0時，未改性木屑、磷酸改性木屑、硝酸改性木屑對 Cr(Ⅵ)吸附率分別達到32%、61%和70%，說明酸性環(huán)境有利于吸附劑對Cr(Ⅵ)的吸附。在酸性環(huán)境中Cr(Ⅵ)很快被還原為Cr(Ⅲ)，易于被改性木屑吸附或形成穩(wěn)定絡合物。溶液pH為1.0和2.0時，Cr(Ⅵ)吸附率相差不大，實驗選擇溶液pH 為2.0。

圖3 溶液pH對Cr(Ⅵ)吸附率的影響

2.4 溶液初始Cr(Ⅵ)質量濃度對Cr(Ⅵ)吸附率的影響

當木屑加入量為7.5 g/L、溶液 pH 為2.0、吸附時間為60 min時，溶液初始Cr(Ⅵ)質量濃度對溶液初始Cr(Ⅵ)吸附率的影響見圖4。

圖4 溶液初始Cr(Ⅵ)質量濃度對Cr(Ⅵ)吸附率的影響

由圖4可見:隨著溶液初始Cr(Ⅵ)質量濃度的增加Cr(Ⅵ)的吸附率減小;當Cr(Ⅵ)質量濃度小于25 mg/L時，吸附率較高，這是由于吸附劑所具有的吸附點位數(shù)量一定，對低濃度的Cr(Ⅵ)溶液，可提供的吸附表面較多，吸附率可不受濃度的影響;當溶液初始Cr(Ⅵ)質量濃度為15 mg/L時，硝酸改性木屑、磷酸改性木屑對Cr(Ⅵ)吸附率分別達到85%和76%，而未改性木屑對Cr(Ⅵ)吸附率僅為38%。因為經過磷酸或硝酸改性木屑的化學組分中的半纖維素和纖維素分解，使多糖轉換成單糖，因而更容易與物質發(fā)生親和作用［4］。實驗選擇溶液初始Cr(Ⅵ)質量濃度為15 mg/L。

2.5 吸附過程反應級數(shù)

為了確定吸附過程的反應級數(shù)，將吸附量(q，mg/g)和吸附時間(t，min)代入Langergren準一級反應動力學方程［10］，見式(1)。

式中:qe和qt分別為吸附平衡時和t時間的Cr(Ⅵ)吸附量，mg/g;kad是吸附速率常數(shù)，min－1。lg(qeqt)與t的關系見圖5。硝酸改性木屑、磷酸改性木屑線性吸附反應動力學方程相關系數(shù)分別為0.969 7，0.988 5，說明該反應符合 Langergren 準一級反應動力學方程。而未改性木屑吸附Cr(Ⅵ)方程相關系數(shù)僅為0.864 1。

圖5 lg(qe－qt)與t的關系

3 結論

a)未改性木屑和改性木屑對含Cr(Ⅵ)廢水均有吸附作用，利用硝酸和磷酸改性處理后的木屑對含Cr(Ⅵ)廢水的吸附性能明顯優(yōu)于未改性木屑，且吸附過程符合Langergren準一級反應動力學方程。

b)磷酸改性木屑和硝酸改性木屑處理含Cr(Ⅵ)廢水的優(yōu)化條件為:溶液初始Cr(Ⅵ)質量濃度 15 mg/L，溶液 pH 2.0，木屑加入量 7.5 g/L，吸附時間60 min。

c)在優(yōu)化條件下，硝酸改性木屑比磷酸改性木屑吸附效果好，硝酸改性木屑對Cr(Ⅵ)吸附率達到85%，磷酸改性木屑為76%。說明不同的改性條件，對吸附率有不同的影響。

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Removal of Cr(Ⅵ)from Wastewater by Modified Woodflour Adsorption

Zhao Hui1，Liao Xiang1，Chen Jinwen1，Zhou Lihua1，Li Hua2
(1.School of Environmental Engineering，Wuhan Textile University，Wuhan Hubei 430073，China;
2.NO.1 Middle School Attached to Central China Normal University，Wuhan Hubei 430223，China)

The treatment of Cr(Ⅵ)-containing wastewater using modified woodflour was studied.The factors affecting the adsorption effect were investigated.The experimental results show that:Under the optimum conditions of initial Cr(Ⅵ)mass concentration 15 mg/L，solution pH 2.0，woodflour dosage 7.5 g/L and adsorption time 60 min，the adsorption effect on woodflour modified by nitric acid with 85%of Cr(Ⅵ)adsorption efficiency is better than that by phosphoric acid with 76%of Cr(Ⅵ)adsorption efficiency.

woodflour;modification;adsorption;chromium;wastewater treatment

X703.1

A

1006－1878(2011)05－0402－04

2011－02－26;

2011－05－16。

趙暉(1968—)，女，湖北省武漢市人，碩士，副教授，研究方向為工業(yè)廢水的處理。電話15327215801，電郵2002zhaohui@wtu.edu.cn。

中國紡織工業(yè)協(xié)會項目“農林廢棄物對印染廢水脫色處理的研究”(2008036)。

(編輯 張艷霞)