活性炭对废水中铬的吸附.doc

活性炭对废水中铬的吸附的研究
汪志东，戴明星，代文军，何会民，胡翠茹
安徽科技学院城建与环境学院，凤阳，安徽 233100
摘要：活性炭具有优良的吸附性和还原性,已广泛用于废水处理工业。本文阐述了活性炭处理含铬废水的基本原理。考察了活性炭加入量，吸附时间、pH值、温度等因素对含铬废水去除率的影响。结果表明,用活性炭吸附处理含铬废水,处理效果明显,成本低、可再生。研究表明活性炭的投加量与其吸附总量开始时基本成线性增加的关系，但当活性炭的量增加到一定量时其吸附总量将基本不再增加。当PH在3，4吸附量最好，当温度增加时其吸附总量在减少,振荡吸附时间为160分钟时吸附基本达到平衡。
关键词：活性炭；除铬；吸附率；含铬废水
中图分类号：TQ09 文献标识码：A 文章编号：
引 言
铬极其化合物广泛应用于金属加工，电镀业，制革业，纺织业，采矿业等。由于其自身不能被自然降解，进而通过生物累积进入人体，严重危害人类健康。固体铬渣中的铬由于其固定不稳定而极易随雨水或其他介质迁移，造成二次污染，因此，固体铬渣的污染越来越引起人们的注意[1~2]。倪同汉等[3]研究了活性炭表面化学结构与其对六价铬络合阴离子吸附能力之间的关系。陈仁辉等[4]研究了活性炭对铬的吸附。贾陈忠等[5] 研究了活性炭吸附处理实验室模拟含铬废水 汪德进； 何小勇[6]对含铬废水的处理方法如生物法、物化法、化学法等机理进行了简要的阐述,并展望了含铬废水处理技术的发展前景。含铬废水的处理方法有：比色法，原子吸收分光光度法，和滴定法。本文以模拟含铬废水为研究对象，对活性炭除铬的不同因素进行了实验研究，主要包括活性炭投加量、PH、吸附时间、温度等因素。通过实验确定了活性炭处理六价铬工业废水时的最优条件。
1 材料与方法
1.1 试剂与仪器
仪器：1.分光光度计，比色皿（1cm、3cm）。 2．50mL具塞比色管，移液管，容量瓶，恒温振荡器，PH计，分析天平，等。
试剂：1.活性炭 2．丙酮 3．（11）硫酸 4．（1+1）磷酸。5．铬标准贮备液[7]6．铬标准使用液[7]7．二苯碳酰二肼溶液[7]
1.2 含铬水样
本试验中为防止含铬水样中铬离子浓度发生变化，在每个影响因素研究前水样是预先配制。根据不同需要配制不同浓度。
1.3 铬离子的检测方法
取9支50mL比色管，依次加入0、0.20、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00和10.00mL铬标准使用液，用水稀释至标线，加入1+1硫酸0.5mL和1+1磷酸0.5mL，摇匀。加入2mL显色剂溶液，摇匀。5-10min后，于540nm波长处，用1cm或3cm比色皿，以水为参比，测定吸光度并作空白校正。以吸光度为纵坐标，相应六价铬含量为横坐标绘出标准曲线。结果如下表：

铬标准曲线
Chromium standard curve
利用分光光度计测出铬离子的吸光度，通过
铬标准曲线计算浓度，铬标准曲线方程：y=0.7032x-0.0002,R2=0.9985 ,其中x为铬离子浓度（μg•mg-1），y为吸光度（A）。
2.结果与分析
2.1不同投加量对含铬废水吸附性能的影响
在9个具塞比色管中分别加入1ml铬标准溶液，稀释定容至50ml,此时他们的浓度为0.2μg•mg-1。同时称取活性炭，分别为100mg, 200mg, 300mg ,400mg, 500mg, 600mg, 700mg , 800mg, 900mg,分别加入到9个锥形瓶中，并将配好的铬标准使用液与他们充分混合，放入振荡器上振荡80min,然后取出测量吸附后溶液的吸光度，计算吸附率。结果如下表：

不同投加量对含铬废水吸附性能的影响
Effect of different dosing quantity on the adsorption properties of wastewater containing chromium
由图可知，活性炭的量在100mg~600mg之间时，吸附率随着活性炭投加量的增加而增大，当超过600mg时吸附率变化非常小，再增加活性炭的量，吸附率基本维持不变，说明已经达到了吸附平衡，600mg为最佳投加量。

2.2不同吸附时间对含铬废水吸附性能的影响
在8个具塞比色管中分别加入1ml铬标准溶液，稀释定容至50ml,此时他们的浓度为0.2μg•mg-1。同时称取活性炭600mg分别加入到8个锥形瓶中，并将配好的铬标准使用液与他们充分混合，放入振荡器上振荡，开始计时，50min后取出第一组测吸光度，然后每隔20min取出一组测吸光度，计算吸附率。结果如下表：

不同吸附时间对含铬废水吸附性能的影响
Adsorption of activated carbon adsorption time the influence of chromium ion
由图可知，时间在50min~150min之间时，吸附率随着时间的增大而增大，当超过150min时吸附率反而下降，说明在150min已经达到了吸附平衡，150min为最佳吸附时间。活性炭在开始一段时间吸附的很快，随着时间的推移，速度逐渐减慢，最后吸附达到平衡。因为在开始时溶液中存在铬离子浸提和活性炭吸附两个过程，吸附主要表现为物理吸附，随着时间的推移，溶液中的可交换态铬离子被浸提到溶液中，以游离的形式存在，溶液中的铬离子浓度增加，活性炭内外产生了很大的浓度差，所以铬离子会迅速进入活性炭孔径中，以达到吸附平衡。因此，在本次静态吸附影响因数的实验中取震荡时间为80min。

2.4不同温度对含铬废水吸附性能的影响
称取600mg活性炭于锥形瓶中，加入配好的铬标准使用液50ml，置于恒温振荡器上振荡，温度分别取15℃、20℃、25℃、30℃、40℃，震荡时间为80min,然后取出测吸光度，并计算吸附率。结果如下表：

不同温度对含铬废水吸附性能的影响
Adsorption of activated carbon adsorption temperature on the influence of the chromium ion
由图可知，当温度升高时吸附率反而下降，说明温度的升高不利于活性炭吸附。低于40℃时，溶液中剩余铬离子浓度较小，活性炭的吸附容量较大，对铬离子的吸附可达到很好的效果。从吸附的热力学分析：吸附一般是放热过程，低温有利于吸附[4]。这是因为较高温度时液相吸附热虽然较小，但是由于分子热运动的加剧，导致对吸附平衡的破坏，活性炭吸附容量大大减小，即溶液中铬离子的浓度增大。整体铬的浓度变化不大，表明温度对活性炭吸附溶液中铬离子的影响作用不大[5]由此也可以看出，活性炭吸附铬离子表现为物理吸附性能的特性。综合实验操作吸附性能，后续实验中采用20℃的吸附温度
2.5 不同PH对含铬废水吸附性能的影响

调节铬标准使用液PH，使它们分别为2、3、4、5、6，并定容至50ml，称取600mg活性炭分别加入5个锥形瓶中，再加入配好的铬标准溶液，置于振荡器上振荡80min,取出测吸光度，计算吸附率。结果如下表：

不同PH对含铬废水吸附性能的影响
PH of activated carbon adsorption chromium ion influence
当PH大于4时，说明此时溶液中铬离子全部以六价形式存在。这说明当溶液趋于弱酸性和碱性时，活性炭的还原作用消失，此时活性炭对铬主要起吸附作用。从溶液中总铬的剩余量曲线我们又可以看出，在强酸和中强酸条件下，总铬剩余浓度普遍比在弱酸和碱性条件下低，即活性炭在强酸和中强酸条件下吸附效果较强，这是由于铬常见稳态是三价和六价，Cr6+比Cr3+带有更多的正电荷，其离子半径（0.052nm）比Cr3+的半径（0.064nm）更小，但在水溶液中，Cr6+更易于形成半径较大的水合离子团[6]。所以三价铬更容易直接通过活性炭表面的大孔，进入到内部的中孔和微孔中，从而起到更好的吸附作用。
综合活性炭各种性质的综合作用，溶液的pH值应控制在4左右。
结论：
1、活性炭的投加量对铬的吸附具有明显的影响。随着投加量的增加铬的吸附率逐渐增加，但增加到一定程度时，活性炭对铬的吸附趋于平衡。
2，吸附时间对活性炭吸附铬离子有显著的影响，当时间在50min~150min之间时，吸附率随着时间的增大而增大，当超过150min时吸附率反而下降，说明在150min已经达到了吸附平衡，150min为最佳吸附时间。
3、PH对活性炭吸附铬离子有显著的影响，当PH为酸性时，活性炭吸附铬离子性能较好。随着PH的增加，吸附效果降低。试验表明pH在3-5 时活性炭的吸附效果较好,pH=4时活性炭的吸附效果最佳。
4、水样的温度对活性炭吸附铬具有一定的影响，随着温度的增加，铬的吸附率逐渐下降，实验表明,在15-20℃时，活性炭的吸附效果较好。

[1]Godea ,F;pehlivand , E .2005.Removal of Cr (VI)from aqueous solution by two Lewait-anion resins [J].Joumal of Hazardous Material ,B119:175-182
[2]国家环保局科技处.我国几种工业废水治理技术研究[M].北京，轻工业出版社，1981；26-29.
[3]倪同汉,黄华英，姜兆熊等，活性炭表面化学结构与其对六价铬络合阴离子吸附能力之间的关系[J].林场化学与工业，1981，04
[4]陈仁辉,韩冲云, 活性炭对稀溶液中六价铬的脱除[J].新型碳材料,1992（02）
[5]贾陈忠,秦巧燕,樊生才, 活性炭对含铬废水的吸附处理研究[J],应用化工，200（05）
[6]汪德进,何小勇,含铬废水处理的研究进展[J].安徽化工，2007（01）
[7] 周鸿顺,烫发有.阳离子沥青乳化剂与乳化沥青[J].石油化工,1994(23):693-697

Activated carbon for adsorption of chromium in Wastewater
Wang Zhidong ,Dai Mingxing,Aaiwenjun,Hehuimin,Huiruuc
Urban construction and environment, Anhui Science and Technology University, Fengyang, Anhui 233100
Abstract: the activated carbon has excellent adsorption and reduction properties, has been widely used in wastewater treatment industry. This paper expounds the active carbon treatment of chromium-containing wastewater by basic principle. Investigation of the activated carbon dosage, adsorption time, pH value, temperature and other factors on the removal of chromium containing wastewater. The results show that, with the adsorption of activated carbon for treatment of chromium containing wastewater, treatment effect, low cost, renewable. Studies show that activated carbon dosage and adsorption amount at the start of the basic linear increase relation, but when activated carbon quantity increases to a certain amount of its adsorption amount will no longer increase. When the PH at 2, 3, 6 adsorption capacity best, when temperature increases the adsorption amount in reducing, oscillating adsorption time was 160 min adsorption balance.
Key words: activated carbon; chromium removal; adsorption rate; wastewater containing chromium