付宏淵，邱祥，王瓊，何忠明

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鐵鹽改性柚子皮對(duì)含鉻廢水的吸附性能

付宏淵1，邱祥1，王瓊2，何忠明1

(1. 長(zhǎng)沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙，410114；2. 長(zhǎng)沙理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙，410114)

為探索生物質(zhì)廢棄物柚子皮資源化應(yīng)用于含Cr6+廢水處理的可行性，研究采用以柚子皮為主要原料，通過調(diào)節(jié)柚子皮粉與改性劑FeCl3的質(zhì)量配比進(jìn)行改性，將兩者在常溫下加水混合均勻后于(85±2) ℃下烘干，粉碎后便可得到2種改性產(chǎn)物1號(hào)(FeCl3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%)和2號(hào)(FeCl3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%)。研究結(jié)果表明：1號(hào)產(chǎn)物對(duì)Cr6+的最大單位吸附量為1.98 mg/g，吸附過程符合Langmuir吸附等溫模型；而2號(hào)產(chǎn)物最大單位吸附量高達(dá)26.60 mg/g，吸附反應(yīng)動(dòng)力學(xué)可用Freundlich吸附等溫模型來描述；適當(dāng)增大FeCl3質(zhì)量分?jǐn)?shù)有利于提高改性柚子皮的吸附性能；改性柚子皮對(duì)Cr6+的吸附去除可能是金屬沉淀、靜電吸附、絮凝作用和共沉淀作用的結(jié)果。

柚子皮；FeCl3；六價(jià)鉻；吸附；改性

含鉻廢水主要來源于鍍鉻、電鍍、制革、采礦、染料和顏料、鋼鐵制造、罐頭食品行業(yè)和其他工業(yè)生產(chǎn)的排污過程[1]。廢水中的鉻主要以Cr3+和Cr6+的形式存在，其中Cr6+對(duì)人體的毒性比Cr3+高100多倍，必須在排入自然界之前得到妥善處理。目前，治理含鉻廢水的方法主要有物理、物化、化學(xué)、生物法，包括離子交換、膜分離、光催化還原、電化學(xué)凝聚、吸附法等[2?3]，其中吸附法是物理、物化法中的一種，采用該方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)。目前，以生物質(zhì)廢棄物加工制成吸附材料為研究熱點(diǎn)之一，例如農(nóng)業(yè)生物廢棄物富含生物質(zhì)能的木質(zhì)纖維素，是一種低成本、可持續(xù)的吸附劑[4]，特別適合于吸附處理廢水中的重金屬[5?8]、有機(jī)污染物[9]、染料[10]等。以重金屬離子吸附過程為例，農(nóng)業(yè)廢棄物生物質(zhì)中存在的官能團(tuán)與重金屬離子形成金屬配合物或螯合物有密切關(guān)系，吸附機(jī)理包括化學(xué)吸附、絡(luò)合、表面吸附、通孔擴(kuò)散和離子交換等[11]。各種生物質(zhì)廢棄物被用于吸附去除水中的鉻，如稻草秸稈、松樹葉、豆餅、大豆殼、花生殼、玉米芯、橘子皮等[12?18]，其吸附性能見表1。

表1 其他生物質(zhì)吸附劑處理含鉻廢水的性能

柚子是我國(guó)南方常見的水果，而柚子皮質(zhì)量占柚子質(zhì)量的一半左右，通常柚子皮未被利用而丟棄，既造成浪費(fèi)，又污染環(huán)境。新鮮柚子皮其內(nèi)部為白色絮狀層，含有的聚合物如纖維素、半纖維素、果膠、木素和蛋白質(zhì)具有天然交換能力和吸收特性，因此，柚子皮作為一種典型的生物質(zhì)廢棄物也被用于制成生物質(zhì)吸附劑進(jìn)行廢水處理，如去除水中Pb2+，Cu2+，Cd2+和Ni2+及鑭、鈰、亞甲基藍(lán)、雙酚A、油污染[19?25]等。采用柚子皮作為吸附劑去除水中的Cr6+成為研究方向之一，如張志剛等[26?27]采用柚子皮粉對(duì)含鉻廢水的吸附效果及吸附過程進(jìn)行了研究。如何通過有效的改性手段提高柚子皮對(duì)含鉻廢水的吸附性能也是研究熱點(diǎn)之一，例如趙紅娟等[28]以異丙醇(20%)-NaOH對(duì)柚子皮進(jìn)行改性，向文英等[29]以乙醇處理柚子皮，余美瓊等[30]利用低溫炭化法制備柚子皮吸附劑，這些改性后的柚子皮對(duì)不同濃度含鉻廢水的去除率可達(dá)90%以上。FeCl3是一種水處理劑，無毒無害，相對(duì)于酸、堿改性而言對(duì)環(huán)境影響小，與其他水處理劑如鋁鹽、PAM改性相比其去除效果更明顯。為此，本文作者研究采用FeCl3對(duì)柚子皮進(jìn)行化學(xué)改性然后吸附去除水中Cr6+的可行性，考察不同配比的FeCl3改性條件下柚子皮對(duì)水中的Cr6+去除性能、影響因素及相關(guān)機(jī)理。

1 試驗(yàn)方法與設(shè)計(jì)

1.1 吸附原料預(yù)處理及試驗(yàn)水質(zhì)

取新鮮柚子皮用去離子水洗凈，放入鼓風(fēng)干燥箱于(105±2) ℃下烘干，用樣品粉碎機(jī)粉碎后過0.38 mm篩，放入干燥器備用。根據(jù)改性后吸附效果的提高程度，分別按100:1和10:1的質(zhì)量比稱取上述預(yù)處理后的柚子皮粉和FeCl3，將兩者加去離子水混合，于常溫下攪拌10 min混合均勻，放入鼓風(fēng)干燥箱于(85±2)℃下烘干，用粉碎機(jī)將其再次粉碎后過0.38 mm篩，最后得到改性柚子皮1號(hào)(FeCl3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%)和2號(hào)(FeCl3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%)，放入干燥器備用。由于Cr6+對(duì)人體的毒性比Cr3+高100多倍，因此，實(shí)驗(yàn)中的含鉻廢水是在實(shí)驗(yàn)室用分析純重鉻酸鉀加去離子水配制成不同質(zhì)量濃度的含Cr6+的模擬廢水，pH為6.0~6.5。

1.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用靜態(tài)吸附試驗(yàn)考察改性柚子皮對(duì)廢水中Cr6+的吸附能力，通過改變吸附劑投加量、廢水pH、吸附時(shí)間、Cr6+初始質(zhì)量濃度等條件研究改性柚子皮的吸附性能。

在試驗(yàn)過程中，取100 mL已知質(zhì)量濃度(1~30 mg/L)的含鉻廢水放入250 mL具塞錐形瓶中，控制初始pH(1.5~12)，加入一定量(0~5 g/L)的改性柚子皮，將錐形瓶放入恒溫?fù)u床中以150 r/min的轉(zhuǎn)速恒溫(10~50 ℃)振蕩一定時(shí)間(0~60 min)，吸附完成后停止。將廢水離心分離后取清液測(cè)定水中Cr6+的剩余質(zhì)量，計(jì)算吸附效率即Cr6+的去除率和單位吸附量(即單位質(zhì)量的改性柚子皮吸附的Cr6+質(zhì)量，mg/g)。采用二苯碳酰二肼分光光度法在540 nm處分析檢測(cè)水中Cr6+的質(zhì)量濃度。所有結(jié)果均采用最佳條件下所得的試驗(yàn)結(jié)果。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 柚子皮投加量的影響

圖1所示為在廢水pH為6.3，吸附時(shí)間為60 min，吸附反應(yīng)溫度為20℃，Cr6+初始質(zhì)量濃度為5 mg/L的條件下、不同柚子皮投加量對(duì)水中Cr6+吸附效率的影響。從圖1可知：隨著柚子皮投加量增加，吸附效率不斷增大；當(dāng)投加量為5.0 g/L時(shí)，未改性柚子皮的吸附效率只達(dá)36.10%；而當(dāng)改性柚子皮1號(hào)投加量為3.0 g/L時(shí)，吸附效率可達(dá)97.72%；當(dāng)投加量繼續(xù)增大到5.0 g/L時(shí)，吸附效率不再明顯提高，這是因?yàn)樗形劫|(zhì)的數(shù)量有限，此時(shí)濃度梯度不再明顯；當(dāng)改性柚子皮2號(hào)投加量為0.8 g/L時(shí)，吸附效率達(dá)94.45%，繼續(xù)增大投加量，吸附效率很快接近100%。

未改性柚子皮具有一定的吸附性能，但吸附能力較低，而經(jīng)過FeCl3改性的柚子皮吸附能力大大提高，且提高改性柚子皮中FeCl3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，吸附性能也明顯增強(qiáng)。其原因可能是在一定改性質(zhì)量配比范圍內(nèi)，F(xiàn)eCl3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，被改性的柚子皮比表面積越大，進(jìn)行吸附反應(yīng)的越多，效果越好。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，要保證廢水達(dá)標(biāo)排放GB 8978—2002“污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)”第1類污染物最高允許排放質(zhì)量濃度，并綜合考慮成本，改性柚子皮1號(hào)的最佳投加量為3.0 g/L，而改性柚子皮2號(hào)的最佳投加量?jī)H為0.8 g/L。

1—改性柚子皮1號(hào)；2—改性柚子皮2號(hào)；3—未改性柚子皮。

2.2 廢水pH的影響

改性柚子皮的加入能調(diào)節(jié)廢水pH，當(dāng)廢水pH為1.5~10時(shí)，投加改性柚子皮后廢水可以保持酸性條件，基本可以使廢水pH小于4.0；而當(dāng)廢水pH繼續(xù)增大到大于10.5時(shí)，投加改性柚子皮后廢水pH發(fā)生突變，大于7.0，呈堿性。這是因?yàn)楦男澡肿悠ぶ泻蠪eCl3，其水溶液酸性很強(qiáng)；當(dāng)改性柚子皮投入含鉻廢水后，由于Fe3+的強(qiáng)烈水解反應(yīng)，產(chǎn)生大量H+，導(dǎo)致含鉻廢水的pH降低。

圖2所示為在吸附時(shí)間為60 min，吸附反應(yīng)溫度20℃，Cr6+初始質(zhì)量濃度為5 mg/L，投加量分別為3.0 g/L(1號(hào))和0.8 g/L(2號(hào))的條件下，不同廢水pH值對(duì)改性柚子皮吸附水中Cr6+效率的影響。由圖2可見：改性柚子皮吸附Cr6+效果受酸堿性影響較大，當(dāng)廢水pH為1.5~10時(shí)，加藥后pH低于4.0，呈酸性，水中Cr6+去除率均在90%以上；但當(dāng)廢水pH大于10.5時(shí)，投加改性柚子皮中包覆FeCl3的量不足以降低廢水pH至酸性范圍，這時(shí)廢水pH大于7.0，呈堿性，水中Cr6+去除率急劇降低。這是由于在強(qiáng)酸條件下，溶液中的Cr6+主要是以HCrO4?和Cr2O24?形式存在，柚子皮表面功能基團(tuán)氨基、羥基接受H+，形成正電性的NH3+和OH2+吸附中心，通過靜電作用，鉻陰離子可被正電吸附中心吸附；隨著溶液pH增大，雖然Cr6+仍然以HCrO4?和Cr2O24?形式存在，但是改性柚子皮表面正電吸附中心數(shù)目仍然減少，導(dǎo)致對(duì)鉻陰離子的吸附減小，所以，吸附率降低。相對(duì)而言，改性柚子皮2號(hào)中含有的FeCl3質(zhì)量分?jǐn)?shù)改性柚子皮1號(hào)中的要高，因此，改性柚子皮2號(hào)對(duì)水中Cr6+去除率降低趨勢(shì)較緩。廢水pH為1.5~10.0為改性柚子皮處理含鉻廢水的適宜pH范圍。

1—改性柚子皮1號(hào)；2—改性柚子皮2號(hào)。

2.3 吸附時(shí)間的影響

圖3所示為在投加量分別為3.0 g/L(1號(hào))和0.8 g/L(2號(hào))，廢水pH為6.3，吸附反應(yīng)溫度為20℃，Cr6+初始質(zhì)量濃度為5 mg/L的條件下，吸附時(shí)間對(duì)2種改性柚子皮吸附水中Cr6+的影響。由圖3可見：2種改性柚子皮吸附水中Cr6+的吸附速率均很高，改性柚子皮1號(hào)在6 min即達(dá)到90.67%的吸附效率，15 min左右即達(dá)到吸附平衡；而改性柚子皮2號(hào)吸附速率則更快，2 min時(shí)吸附效率已經(jīng)達(dá)到93.7%，達(dá)到吸附平衡。由此可以看出：FeCl3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)吸附速率的影響較大，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，提高FeCl3所占的配比可以縮短吸附反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間。這可能是因?yàn)楫?dāng)FeCl3配比較高時(shí)，柚子皮改性產(chǎn)生的比表面積更大，表面化學(xué)基團(tuán)更多，因此，擴(kuò)散速率和吸附速率均得到提高。

1—改性柚子皮1號(hào)；2—改性柚子皮2號(hào)。

2.4 吸附反應(yīng)溫度的影響

圖4所示為在投加量分別為3.0 g/L(1號(hào))和0.8 g/L(2號(hào))，廢水pH為6.3，吸附時(shí)間為60 min，Cr6+初始質(zhì)量濃度為5 mg/L的條件下，不同吸附反應(yīng)溫度對(duì)2種改性柚子皮吸附水中Cr6+吸附效率的影響。從圖4可見：當(dāng)吸附反應(yīng)溫度為10~50 ℃時(shí)，改性柚子皮對(duì)水中Cr6+的吸附效率都較大，達(dá)90%以上；當(dāng)溫度為10 ℃時(shí)，改性柚子皮吸附效率均處于最高值，此時(shí)分子自由運(yùn)動(dòng)適宜，自由擴(kuò)散較快，主要以物理吸附為主；當(dāng)溫度為20~50 ℃時(shí)，分子熱運(yùn)動(dòng)劇烈，容易解吸吸附顆粒，物理吸附作用減弱，化學(xué)吸附作用開始增強(qiáng)，改性柚子皮1號(hào)中含有的FeCl3質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小，化學(xué)吸附作用增大不明顯，因此，改性柚子皮1號(hào)對(duì)水中Cr6+的去除效率稍降低，總的吸附效率變化不大；而改性柚子皮2號(hào)本身投加量很小，受溫度升高影響，解吸吸附顆粒的能力更強(qiáng)，因此，對(duì)水中Cr6+的去除效率在20 ℃時(shí)達(dá)到最低點(diǎn)，然后，隨著化學(xué)吸附作用增強(qiáng)，吸附效率開始升高。這是因?yàn)楦男澡肿悠?號(hào)中含有的FeCl3質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，化學(xué)吸附作用體現(xiàn)明顯。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，基本不需要調(diào)節(jié)含鉻廢水的水溫，在10~50 ℃都能達(dá)到很好的處理效果。

1—改性柚子皮1號(hào)；2—改性柚子皮2號(hào)。

2.5 水中Cr6+的初始質(zhì)量濃度對(duì)吸附的影響

圖5所示為在投加量分別為3.0 g/L(1號(hào))和0.8 g/L(2號(hào))，廢水pH為6.3，吸附時(shí)間為60 min，吸附反應(yīng)溫度為20℃的條件下，不同廢水初始質(zhì)量濃度對(duì)2種改性柚子皮吸附水中Cr6+吸附效率的影響。由圖5可見：隨著水中Cr6+初始質(zhì)量濃度增大，改性柚子皮1號(hào)的吸附效率逐漸增加達(dá)到最高值后開始下降，吸附達(dá)到飽和。這是因?yàn)樵撐揭詥畏肿訉游綖橹?，改性柚子皮中含有的活性吸附位點(diǎn)一定，隨著溶液中Cr6+質(zhì)量濃度增大，溶液中未被吸附的Cr6+數(shù)目增多，并不斷占據(jù)活性吸附點(diǎn)位，使得吸附效率不斷增高。但隨著吸附位點(diǎn)達(dá)到飽和，吸附效率逐漸開始減小。而改性柚子皮2號(hào)在水中Cr6+質(zhì)量濃度較低時(shí)吸附效率接近100%，然后呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì)，當(dāng)水中Cr6+質(zhì)量濃度為30 mg/L時(shí)，吸附容量可達(dá)到25.61 mg/g。這可能是因?yàn)樵撐絼┲泻械幕瘜W(xué)基團(tuán)(如Fe3+)較多，活性點(diǎn)位多，該吸附主要以化學(xué)吸附和多分子層吸附為主，吸附速率快，去除效率高。

在試驗(yàn)范圍內(nèi)，提高FeCl3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)能增大柚子皮對(duì)水中Cr6+的單位吸附容量。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過調(diào)節(jié)改性配方的質(zhì)量比，使不同質(zhì)量濃度的含鉻廢水均可達(dá)標(biāo)排放GB 8978—2002“污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)”。

1—改性柚子皮1號(hào)；2—改性柚子皮2號(hào)。

3 吸附機(jī)理

3.1 柚子皮改性前后形態(tài)表征

新鮮柚子皮經(jīng)物理烘干粉碎處理后外觀呈金黃色粉末狀，經(jīng)過FeCl3化學(xué)改性的柚子皮1號(hào)外觀顏色變成了黃褐色，改性柚子皮2號(hào)外觀顏色變成了深褐色。圖6~8所示分別為未改性柚子皮、改性柚子皮1號(hào)、改性柚子皮2號(hào)電鏡掃描圖。

從圖6可見：未改性柚子皮粉呈現(xiàn)大量纖維狀物質(zhì)，并形成大量微細(xì)孔道，說明其比表面積大，具有一定的吸附性能。從圖7可見：柚子皮的纖維狀物質(zhì)不再明顯，柚子皮表面被物質(zhì)包覆，微細(xì)孔道不再清晰可見。從圖8可見：改性柚子皮2號(hào)顆粒顯得更加均勻、細(xì)膩。這是由于FeCl3具有一定的氧化性和腐蝕性，它可以與柚子皮中的還原性物質(zhì)發(fā)生一定反應(yīng)，使得柚子皮粉有一定收縮，形成顆粒狀，提高FeCl3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，形成的柚子皮顆粒變得細(xì)小、均勻。

圖6 未改性柚子皮粉的電鏡掃描圖

圖7 改性柚子皮1號(hào)的電鏡掃描圖

圖8 改性柚子皮2號(hào)的電鏡掃描圖

3.2 改性前后柚子皮的能譜分析

圖9~11所示分別為未改性柚子皮、改性柚子皮1號(hào)、改性柚子皮2號(hào)的能譜分析結(jié)果。從圖9~11可見：未改性柚子皮主要含有碳、氧、鉀、鈣、鎂等元素，改性柚子皮1號(hào)中增加了鐵元素(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為0.43%)和氯元素(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為0.46%)，碳元素和氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)略降低，而改性柚子皮2號(hào)中鐵元素(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為2.57%)和氯元素(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為4.78%)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均相對(duì)于酸性柚子皮1號(hào)有較大提高，碳元素和氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)則變得更低。這說明柚子皮經(jīng)過改性后，F(xiàn)e3+和Cl?被吸引到柚子皮表面，均勻包覆在柚子皮表面，F(xiàn)e3+和Cl?的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)隨著加入改性的FeCl3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而增大。柚子皮表面的Fe3+與廢水中的Cr6+可能發(fā)生金屬沉淀和靜電吸附作用，且FeCl3本身是一種水處理劑，會(huì)對(duì)吸附Cr6+后的柚子皮起到一定的絮凝作用，從而最終對(duì)水中的Cr6+產(chǎn)生絮凝和共沉淀作用。

圖9 未改性柚子皮粉的能譜分析圖

圖10 改性柚子皮1號(hào)的能譜分析圖

圖11 改性柚子皮2號(hào)的能譜分析圖

3.3 吸附等溫線

對(duì)吸附等溫線的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，對(duì)單一組分的溶質(zhì)，水處理中常見的吸附等溫線有2種形式：一種是Langmuir等溫方程(見式(1))，另一種是Freundlich等溫方程(見式(2))。

(2)

式中：e為吸附平衡時(shí)溶質(zhì)的質(zhì)量濃度，mg/L；f和均為常數(shù)，與吸附劑性質(zhì)、吸附質(zhì)性質(zhì)、廢水濃度、溫度等因素有關(guān)，其數(shù)值由試驗(yàn)方法來確定。

通過計(jì)算，可以得到改性柚子皮1號(hào)(取廢水初始質(zhì)量濃度4~8 mg/L)和改性柚子皮2號(hào)(取廢水初始質(zhì)量濃度5~30 mg/L)吸附Cr6+的吸附等溫方程。表3所示為2種改性吸附劑吸附等溫方程的參數(shù)。由表3可知：改性柚子皮1號(hào)吸附Cr6+的吸附等溫方程與Langmuir等溫式擬合度很高(線性相關(guān)系數(shù)2= 0.999 7)，而與Freundlich吸附等溫式擬合度稍低(2=0.799 5)，主要為單分子層吸附。而改性柚子皮2號(hào)吸附Cr6+的吸附等溫方程與Langmuir等溫式擬合度較低(線性相關(guān)系數(shù)2=0.892 0)，而與Freundlich吸附等溫式擬合度較高(2=0.953 5)，主要為多分子層吸附。改性柚子皮2中的最大單位吸附容量0為 26.60 mg/g，遠(yuǎn)大于改性柚子皮1號(hào)的1.98mg/g，且改性柚子皮2號(hào)的比改性柚子皮1號(hào)的小得多，說明該吸附更容易發(fā)生，反應(yīng)速度更快。

表3 等溫吸附方程參數(shù)計(jì)算結(jié)果

注：L為與吸附能相關(guān)的常數(shù)；0為單分子層飽和吸附量，mg/g；f和為吸附劑性質(zhì)、吸附質(zhì)性質(zhì)、廢水濃度、溫度等因素有關(guān)的常數(shù)；2為線性相關(guān)系數(shù)。

3.4 FeCl3的作用

為了探討FeCl3在吸附脫除水中Cr6+發(fā)揮的作用，實(shí)驗(yàn)制備了FeCl3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0~100%的一系列改性柚子皮，并在同一條件下，研究這一系列改性柚子皮對(duì)水中Cr6+(質(zhì)量濃度為5 mg/L)吸附效率，如圖12所示。從圖12可以看出：隨著FeCl3質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0增大到17%，改性柚子皮的吸附效率不斷提高，當(dāng)FeCl3質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到17%~83%時(shí)，吸附效率接近100%并保持穩(wěn)定。但當(dāng)投加的吸附劑中不含柚子皮而全部為FeCl3(即FeCl3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%)時(shí)，對(duì)水中Cr6+吸附效率降到接近0，這說明單純的FeCl3在去除水中Cr6+基本沒有效果，而通過FeCl3改性后的柚子皮吸附效果明顯，且FeCl3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高有助于提高柚子皮對(duì)水中Cr6+吸附去除能力。

經(jīng)過與表1中其他生物質(zhì)吸附劑處理含鉻廢水的性能進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)改性柚子皮2號(hào)的最大吸附量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他改性生物質(zhì)材料的最大吸附量，說明FeCl3改性效果十分顯著。

圖12 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的FeCl3改性柚子皮吸附效率比較

4 結(jié)論

1) 柚子皮本身具有一定的吸附水中Cr6+的能力。在相同條件下，利用FeCl3改性柚子皮對(duì)水中Cr6+的吸附效率與未改性柚子皮相比由36.1%左右增加到94.45%以上，吸附性能大大提高，可使廢水達(dá)到GB 8978—2002中的污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)。

2) 在正常的廢水溫度(10~50 ℃)和pH(1.5~10.0)條件下，改性柚子皮1號(hào)適合處理較低質(zhì)量濃度含鉻廢水(Cr6+質(zhì)量濃度為0~8 mg/L)，吸附時(shí)間為15 min，單位吸附量最大值為1.98 mg/g；改性柚子皮2號(hào)適合處理鉻質(zhì)量濃度范圍更廣(Cr6+質(zhì)量濃度為0~30 mg/L)的廢水，吸附時(shí)間短(2 min)，單位吸附量最大值為26.60 mg/g。

3) 改性劑FeCl3的質(zhì)量配比對(duì)改性后柚子皮的吸附性能有較大影響。在試驗(yàn)范圍內(nèi)，提高FeCl3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，能大大提高改性后柚子皮吸附反應(yīng)速率和吸附容量，但就成本而言，F(xiàn)eCl3質(zhì)量分?jǐn)?shù)不宜過高。

4) 改性柚子皮1號(hào)和2號(hào)吸附Cr6+的吸附等溫線分別與Langmuir和Freundlich等溫式擬合度高。該改性吸附劑表面性質(zhì)均一，柚子皮表面的離子基團(tuán)與廢水中的Cr6+可能發(fā)生金屬沉淀和靜電吸附作用，且FeCl3可能會(huì)起到一定的絮凝作用，與吸附Cr6+后的柚子皮產(chǎn)生絮凝和共沉淀作用。

5) 該改性柚子皮適宜處理的含鉻廢水質(zhì)量濃度范圍較寬，且FeCl3是水處理劑，無毒無害。該方法具有處理成本低、處理效果好、操作簡(jiǎn)單、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)。

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(編輯 陳燦華)

Adsorption performance of Fe(Ⅲ)-modified pomelo peel on wastewater containing Cr(Ⅵ)

FU Hongyuan1, QIU Xiang1, WANG Qiong2, HE Zhongming1

(1. School of Traffic and Transportation Engineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410114, China;2. School of Chemistry and Biological Engineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410114, China)

To remove the chromium Cr6+ion in waste water, the adsorbent of FeCl3-modified pomelo peelwas manufactured by adjusting its mass ratio. Firstly, the two modified biomass adsorbents were obtained after the common processes, i.e. the stirring process of pre-synthesized powder mixtures of the pomelo-peel and FeCl3in water under the ordinary temperature and the drying process at (85±2) ℃ for 24 h, with the sole difference in the mass fraction of FeCl3being 1% for No.1 sample and 9% for No.2 sample, respectively. The results show that the maximum unit adsorption capacities of No.1 sample and No.2 sample are 1.98 mg/g and 26.6 mg/g, respectively, And the two samples can be depicted by the typical Isothermal Equations of Langmuir and Freundlich, respectively. The better property may be attributed to the properly higher ratio of FeCl3. The adsorbent of FeCl3-modified pomelo peel plays an important role in the chromium Cr6+water treatment and the recycling utilization of the biomass material, which is attributed to the automatic- control of pH, easy-operation and nonexistence of secondary pollutions.

pomelo peel; FeCl3; hexavalent chromium; adsorption; modification

10.11817/j.issn.1672-7207.2017.09.003

X712

A

1672?7207(2017)09?2271?08

2016?09?06；

2016?11?21

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2014BAC09B01-02)；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51508079, 51508042, 51678073)；浙江省交通運(yùn)輸廳科技項(xiàng)目(2014H22) (Project(2014BAC09B01-02) supported by the National Science & Technology Pillar Program; Projects(51508079, 51508042, 51678073) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(2014H22) supported by Science and Technology Program of Zhejiang Provincial Department of Transportation)

王瓊，講師，從事水污染控制和工業(yè)水處理研究；E-mail: 7570534@qq.com