楊曉慶，方正，侯芳麗，葛天琪，張晉華 *

（1.南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院，江蘇 泰州 225300；2.南京理工大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院，江蘇 南京 210094）

電鍍行業(yè)中鍍鉻、塑料電鍍粗化和鈍化的漂洗廢水中含有大量含鉻廢水。Cr(VI)毒性很強(qiáng)，是強(qiáng)致癌物質(zhì)。處理含鉻廢水的方法有化學(xué)法、離子交換法、電解法、吸附法及膜過(guò)濾法等，其中吸附法由于具有工藝簡(jiǎn)單，裝備制造便宜，操作容易等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用[1-3]。

我國(guó)南方很多地區(qū)甘蔗產(chǎn)量很大，直接用燃燒處理甘蔗渣不僅浪費(fèi)了大量的資源，還嚴(yán)重污染大氣，影響人類生存環(huán)境。利用甘蔗渣來(lái)制備活性炭既有效利用廢棄物，又節(jié)約成本，不僅經(jīng)濟(jì)實(shí)用，而且減少了對(duì)環(huán)境的破壞[4-7]。本文以農(nóng)林廢棄物甘蔗渣為原料制備了活性炭，并應(yīng)用于含鉻電鍍廢水的處理中。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

主要試劑：氯化鋅、重鉻酸鉀、鹽酸、氫氧化鈉。

主要儀器和設(shè)備：美的EV923KF6-NA 變頻微波爐、北京普析通用儀器有限公司TAS-990 火焰原子吸收分光光度計(jì)、梅特勒–托利多儀器有限公司AL104電子天平、常州國(guó)華電器有限公司多用振蕩器、上海精密科學(xué)儀器有限公司PHS-3C 型pH 計(jì)。

1.2 甘蔗渣活性炭的制備

稱取5.000 0 g 干燥甘蔗渣，用20%的氯化鋅溶液按質(zhì)量比1∶10 浸漬48 h，瀝干后用容器密封，以700 W功率微波活化6 min。先用稀鹽酸酸洗，再用蒸餾水洗至中性，烘干，研磨備用。

1.3 模擬鉻廢水的配制

準(zhǔn)確稱取120°C 烘干至恒重的重鉻酸鉀0.282 9 g，溶解于水中后轉(zhuǎn)移至100 mL 容量瓶中，加入5 mL 濃鹽酸，再用水稀釋定容至刻度線，搖勻即得1 000 mg/L鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液。取此鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液，通過(guò)稀釋配制成所需質(zhì)量濃度的鉻溶液。

1.4 活性炭吸附含鉻廢水

準(zhǔn)確稱取一定量甘蔗渣活性炭于100 mL 一定質(zhì)量濃度的鉻溶液中，置于振蕩器中振蕩吸附一定時(shí)間，靜置過(guò)濾，用火焰原子分光光度法測(cè)定鉻的剩余含量，吸附量q和去除率η 按式(1)和式(2)計(jì)算。

式中：ρ0和ρt分別代表Cr 溶液初始和t時(shí)刻的質(zhì)量濃度，mg/L；V為移取鉻的溶液體積，L；m為吸附劑質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 鉻初始質(zhì)量濃度對(duì)吸附的影響

固定甘蔗渣活性炭質(zhì)量為0.050 0 g，振蕩溫度為20°C，吸附時(shí)間為20 min，溶液pH為6，考察鉻初始質(zhì)量濃度對(duì)吸附效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 鉻初始質(zhì)量濃度對(duì)吸附的影響Figure 1 Effect of the initial mass concentration of chromium on adsorption

圖1 表明，隨鉻初始質(zhì)量濃度增大，活性炭的吸附量逐漸增加，而鉻的去除率逐漸降低。這是因?yàn)楫?dāng)鉻初始質(zhì)量濃度較低時(shí)，活性炭可充分吸附鉻，鉻的去除率大，而隨鉻質(zhì)量濃度增加，活性炭逐漸飽和，大量的鉻不能被吸附，去除率下降。所以，活性炭吸附法適用于處理低質(zhì)量濃度的含鉻廢水。

2.2 溫度對(duì)吸附效果的影響

固定甘蔗渣活性炭質(zhì)量為0.050 0 g，吸附時(shí)間20 min，鉻初始質(zhì)量濃度為20.00 mg/L，溶液pH為6，考察吸附溫度對(duì)吸附效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 溫度對(duì)吸附的影響Figure 2 Effect of temperature on adsorption

由圖2 可知，隨著溫度升高，活性炭對(duì)鉻的吸附量和鉻的去除率均增大。溫度從10°C 增加到50°C，活性炭的吸附量從24.42 mg/g 增至26.53 mg/g，鉻的去除率則從61.05%增至66.32%。這是因?yàn)槲绞俏鼰岱磻?yīng)，所以溫度升高有利于吸附。雖然升溫有利于吸附的進(jìn)行，但是從圖中可見(jiàn)效果并不明顯。為降低操作費(fèi)用，選擇常溫條件15～35°C 進(jìn)行吸附。

2.3 溶液pH 對(duì)吸附效果的影響

固定甘蔗渣活性炭質(zhì)量為0.050 0 g，反應(yīng)溫度為20°C，吸附時(shí)間20 min，鉻初始質(zhì)量濃度為20.00 mg/L，考察溶液pH 對(duì)吸附效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖3 可見(jiàn)，隨pH 增加，活性炭的吸附量和鉻的去除率均下降。pH 在3～5時(shí)，由于活性炭表面的羥基(─OH)、甲氧基(─COH3)等基團(tuán)上的氫具有較大的靜電引力，能吸附等負(fù)離子，形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，從而有利于活性炭的吸附[8]。隨pH升高，OH?濃度增大，由于活性炭含氧基團(tuán)與OH?的親和力大于對(duì)鉻的親和力，吸附量與去除率下降?？紤]到GB 21900–2008《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，選擇pH為5，吸附完成后調(diào)節(jié)pH 在6～9 范圍內(nèi)，便可達(dá)標(biāo)排放。

2.4 吸附時(shí)間對(duì)吸附效果的影響

固定甘蔗渣活性炭質(zhì)量為0.050 0 g，振蕩溫度為20°C，鉻初始質(zhì)量濃度為20.00 mg/L，溶液pH為5，考察吸附時(shí)間對(duì)吸附效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 時(shí)間對(duì)吸附的影響Figure 4 Effect of time on adsorption

由圖4 可知，隨吸附時(shí)間增加，活性炭的吸附量和對(duì)鉻的去除率也相應(yīng)增大。60 min 后，繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間，吸附量和去除率的增加趨于平緩，說(shuō)明吸附已基本平衡。選擇吸附時(shí)間為60 min，此時(shí)活性炭的吸附量為32.32 mg/g，鉻的去除率達(dá)到80.79%。

2.5 活性炭投加量對(duì)吸附效果的影響

固定振蕩溫度為20°C，吸附時(shí)間60 min，鉻初始質(zhì)量濃度為20.00 mg/L，溶液pH為5，考察活性炭投加量對(duì)吸附的影響，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 活性炭投加量對(duì)吸附的影響Figure 5 Effect of the dosage of activated carbon on adsorption

由圖5 可見(jiàn)，隨活性炭投加量增加，鉻的去除率不斷增大。這是因?yàn)殡S活性炭投加量增加，活性炭提供了更大的比表面積，所以促進(jìn)了吸附。當(dāng)投加量達(dá)到1 g/L時(shí)，鉻的去除率達(dá)94.00%，再繼續(xù)投加，去除率的增加趨于平緩，吸附已基本達(dá)到平衡。因此，活性炭投加量為1 g/L，吸附1 g 鉻需活性炭53 g，遠(yuǎn)少于賈陳忠等[9]報(bào)道的需活性炭200 g。

2.6 在實(shí)際含鉻廢水中的應(yīng)用

實(shí)際含鉻廢水取自泰州某電鍍廠，其pH為2.54，主要成分為：總鉻20.01 mg/L，Cr(VI)15.24 mg/L，Zn2+1.97 mg/L，Ni2+1.27 mg/L，Cu2+1.79 mg/L。

取100 mL 上述電鍍廢水，調(diào)節(jié)pH為5，投入0.100 0 g 甘蔗渣活性炭，20°C 振蕩1 h。經(jīng)多次重復(fù)試驗(yàn)，廢水處理后總鉻為1.30 mg/L，Cr(VI)、Zn2+、Ni2+、Cu2+等均未檢出，出水水質(zhì)達(dá)到GB 21900–2008表1 中總鉻1.50 mg/L 的要求。同等處理?xiàng)l件下，投入0.200 0 g 甘蔗渣活性炭，廢水處理后總鉻為0.33 mg/L，出水水質(zhì)可滿足表3 中總鉻0.50 mg/L 的要求。

3 結(jié)論

(1)以甘蔗渣為原料，氯化鋅為活化劑，微波制備甘蔗渣活性炭。該活性炭具有較強(qiáng)的鉻吸附能力，對(duì)模擬含Cr 廢水(鉻初始質(zhì)量濃度20.00 mg/L，pH=5)，投加量1 g/L，在20°C 下吸附60 min，Cr 的去除率可達(dá)94.00%。

(2)甘蔗渣活性炭處理20.01 mg/L 的實(shí)際含鉻廢水，投加1 g/L 處理后總鉻為1.30 mg/L，出水水質(zhì)符合GB 21900–2008 表1 的要求；投加2 g/L 處理后總鉻為0.33 mg/L，出水水質(zhì)符合表3 的要求。

[1]周杰,陳禾逸,魏俊,等.鐵碳微電解處理含鉻廢水的試驗(yàn)研究[J].電鍍與涂飾,2013,32 (6):43-45.

[2]安永濤.活性炭吸附廢水中Cr(VI)及負(fù)載KOH 催化制備生物柴油的研究[D].蘭州:蘭州大學(xué),2010.

[3]賈金平,謝少艾,陳虹錦.電鍍廢水處理技術(shù)及工程實(shí)例[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009:96-99.

[4]徐澤龍.蔗渣吸附劑的制備及其在廢水處理中的應(yīng)用[D].桂林:桂林理工大學(xué),2010.

[5]盧敬科.改性活性炭的制備及其吸附重金屬性能的研究[D].杭州:浙江工業(yè)大學(xué),2009.

[6]吳文炳,陳建發(fā),林小蘭,等.甘蔗渣微波制備活性炭吸附劑及其再生研究[J].湖北民族學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,28 (2):201-203,210.

[7]賴奇,朱耀,蔡忠剛.活性炭的微波制備和再生技術(shù)研究進(jìn)展[J].云南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008,30 (S2):359-362.

[8]逯兆慶,尋知磊.活性炭處理含鉻廢水的方法[J].電鍍與涂飾,2002,21 (5):42-44.

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