羟基氧化铁改性硅藻土对六价铬的吸附性能_路则栋

羟基氧化铁改性硅藻土对六价铬的吸附性能路则栋，张庆乐，田名刚，张丽青（泰山医学院化工学院，山东泰安271016）［摘要］利用羟基氧化铁对硅藻土进行改性制备复合吸附剂，然后用一次平衡法研究了复合吸附剂对水体中铬酸根的吸附性能。

实验结果表明:pH 值为1．0，废水中Cr (VI )质量浓度不大于100mg /L ，吸附剂用量为0．5g ，吸附平衡时间为30min 左右时，对六价铬的去除率达85%。

动力学研究结果表明，Cr (Ⅵ)在复合吸附剂上的吸附动力学可以利用拟二级动力学方程较好的描述。

吸附平衡研究结果表明，Cr (Ⅵ)在复合吸附剂上的吸附既可以利用Langmuir 模型又可以利用Freundlich 模型加以描述，这可能是由于复合吸附剂对Cr (Ⅵ)的吸附既有单层吸附又有多层吸附。

［关键词］复合吸附剂;铬酸根;吸附率;动力学方程;吸附等温线［中图分类号］X131．2［文献标识码］A ［文章编号］1004－1184（2012）06－0180－04［收稿日期］2012－06－07［作者简介］路则栋（1989－），男，山东济宁人，研究方向：重金属的废水处理。

Study on Adsorption of CrO 2－4by FeOOH －Modified Diatomite LU Ze －dong ，ZHANG Qing －le ，TIAN Ming －gang ，ZHANG Li －qing （Taishan Medical University Chemistry Engineering College ，Tai ’an 271016，Shandong ）Abstract ：Adsorption of CrO 42－by FeOOH －modified diatomite was investigated with a batch method in the study．The results indicated that ，under the condition of pH value 1．0，mass concentration of Cr （Ⅵ）in wastewater lower than 100mg /L ，dosage of the adsorbent 0．5g and adsorption equilibrium time about 30min ，the removal rate of Cr （Ⅵ）can reach 85%．Adsorption dynamics of Cr （Ⅵ）adsorption on the composite adsorbent can be well described by pseudo －second order equa-tion．Not only Freundlich adsorption equation but also Langmuir adsorption equation can describe the adsorption process well．This may be attributed to the coexistence of monolayer adsorption and multilayer adsorption in the adsorption．Key words ：composite adsorbent ；CrO 42－；adsorption rate ；kinetic equation and adsorption isotherm 铬是生物体所必需的微量元素之一。

自l8世纪末发现金属元素铬以后，铬及其化合物已在工业生产上广为应用。

随着工业的发展如采矿冶炼、电镀、制革、颜料、轻工纺织等行业，都会产生大量的含铬废水。

废水中的铬主要以Cr （Ⅲ）和Cr （Ⅵ）化合物为主，其中Cr （Ⅵ）是一种已确认的致癌物，其毒性比Cr （Ⅲ）高约100倍［1－2］。

铬是水质污染控制的一种重要指标，在我国污水排放综合标准（GB8978－1996）中规定Cr （Ⅵ）的最高允许排放浓度为0．5mg /L 。

目前，对含铬废水的处理主要采用用生物法、离子交换法、化学还原法、电解法、化学沉淀法、电渗法和吸附法［3－8］。

其中吸附法具有操作简单，投资费用少，处理效果好等特点而备受重视。

这种方法的关键是选择适当吸附剂，目前较常用吸附剂有活性炭、膨润土、粉煤灰、壳聚糖等比表面积大的物质［9－12］。

硅藻土是以硅藻遗骸（壳体）为主的一种生物沉积岩，具有吸附性和离子交换性能［13］。

然而，由于硅藻土的形成条件较为复杂，对重金属离子的吸附量较低，吸附速率较慢，需要进行改性处理提高其吸附性能。

铁（氢）氧化物，如针铁矿（α－FeOOH ）、赤铁矿（α－Fe 2O 3）及无定形铁氢氧化物是土壤、沉积物和水体中广泛存在的矿物，具有较大的比表面积和较强的吸附能力，对各类环境介质中污染物的迁移转化过程具有重要影响。

在本实验中，我们利用硅藻土对羟基氧化铁进行负载制备复合吸附剂，探讨了复合吸附剂对模拟含铬废水的去除效果及影响因素，以期能为实际工程应用提供基础依据。

1实验部分1．1实验仪器及试剂六联变速搅拌机（上海沪南科学仪器厂），SpectrAA110/220型原子吸收分光光度计（美国瓦立安），PHS －2型酸度计（上海雷磁仪器厂），K 2Cr 2O 7（分析纯），二苯碳酰二肼（分析纯），氯化铁（分析纯），氢氧化钠（分析纯），硫酸（分析812012年11月第34卷第6期地下水Ground water Nov.，2012Vol.34NO.6纯），硅藻土（来自天津市瑞金特化学品有限公司，为化学纯，根据国标法进行分析测定，其基本成分分别为SiO 286．32%，Al 2O 34．85%，Fe 2O 381．76%，CaO 1．12%，K 2O 0．65%，Na 2O 0．45%，TiO 20．14%，MgO 0．56%）。

1．2硅藻土负载羟基氧化铁复合吸附剂的制备将一定量的硅藻土加入到一定体积的1．0mol /L 氯化铁溶液中，在磁力搅拌器上搅拌使其充分混匀。

然后加入一定量2．0mol /L 的氢氧化钠溶液调节其pH 值为7．0。

室温静置一定时间后，抽滤、烘干，磨细待用。

1．3复合吸附剂对Cr （Ⅵ）的吸附实验一般镀铬清洗水含Cr （VI ）质量浓度在20 150mg /L 。

因此，本实验模拟含铬废水质量浓度控制为100mg /L ，Cr （VI ）用重铬酸钾配制。

取50ml 模拟含铬废水置于100ml 烧杯中，加入0．5g 复合吸附剂，调节废水的pH ，搅拌一定时间，再用普通滤纸过滤，测定滤液中Cr （Ⅵ）的残留浓度，计算Cr （Ⅵ）的去除和吸附量。

去除率（%）=（Co －C ）/Co ˑ100%，D （mg /g ）=（Co －C ）V /（m ˑ1000）。

式中：Co 为吸附前金属离子浓度（mg /L ）；C 为吸附后金属离子浓度（mg /L ）；D 为复合吸附剂吸附量（mg /g ）；V 为吸附溶液体积（mL ）；m 为复合吸附剂质量（g ）。

2结果与讨论2．1pH 值对Cr6+去除率的影响取50ml 模拟含铬废水置于5个100ml 烧杯中，分别加入0．5g 复合吸附剂，调节pH 值为1．0、2．0、3．0、4．0、5．0，以一定转速搅拌30min 后过滤，测定滤液中的Cr （Ⅵ）浓度，结果如图1所示。

图1pH 值对废水中Cr （VI ）去除率的影响从图1可知，当pH 值小于3．0时，随着pH 值的降低对Cr 6+的去除率呈迅速升高的趋势，当pH 值为1．0时对Cr （Ⅵ）的去除率最大为85．55%。

当pH 值大于3．0时，对Cr 6+的去除率呈下降趋势都小于40%。

实验结果表明，复合吸附剂对Cr （Ⅵ）的去除率随溶液pH 的减小而升高，在强酸性环境下有利于铬的吸附。

这主要由于在低pH 条件下，硅藻土表面解离出较多的OH －，使表面上的正电荷密集，而Cr（Ⅵ）以Cr 2O 72－或CrO 42－阴离子存在，这样有利于吸附Cr 2O 72－或CrO 42－阴离子。

2．2复合吸附剂用量对Cr 6+去除率的影响分别称取0．2、0．4、0．5、0．7、0．8g 复合吸附剂各一份，分别放入100ml 的烧杯中，加入浓度为100mg /l 的模拟废水50ml ，将pH 值控制在1．0，搅拌30min ，再用普通滤纸过滤，测定滤液中Cr （Ⅵ）的残留浓度，计算Cr （Ⅵ）的去除率。

结果如图2所示：图2复合吸附剂用量对Cr （Ⅵ）的吸附率的影响从图2可以看出，随着向废水中加入复合吸附剂用量的增加，刚开始时Cr （Ⅵ）的去除率呈现迅速升高的趋势，当复合吸附剂用量为0．5g 时，Cr （Ⅵ）的去除率为85．75%。

继续增加复合吸附剂用量时，Cr （Ⅵ）的去除率仅升高1．43%。

为保证较好的吸附效果及较低的吸附剂用量，故向废水中加入0．5g 复合吸附剂为宜。

2．3平衡时间对Cr 6+去除率的影响取50ml 模拟含铬废水置于5个100ml 烧杯中，分别加入0．5g 复合吸附剂，调整溶液的pH 值为1．0，以一定转速分别搅拌20、30、40、50、60min 后过滤，测定滤液中的Cr6+浓度。

结果如图3所示图3平衡时间对Cr 6+去除率的影响从图3可知，当反应时间为20min 时对Cr 6+的去除率最低为57．49%，以后随着反应时间的延长，复合吸附剂对Cr 6+的去除率先迅速升高而后基本稳定在84%以上。

这是由于复合吸附剂对Cr （Ⅵ）的吸附同时存在吸附和解吸两个过程。

当吸附时间较短时，吸附速度大于解吸速度，故曲线呈上升趋势。

随着搅拌时间的延长，解吸速度逐渐增大，当吸附时间达到30min 时，解吸速度等于吸附速度，从而达到吸附平衡。

由于反应时间延长会增加处理废水的时间，因此选择反应时间为30min 为宜。

2．3．1Cr (Ⅵ)在复合吸附剂上的动力学方程181一般利用动力学模型拟一级动力学方程（Lagergren 方程）、拟二级动力学方程（Mckay 方程）来描述固液吸附的动力学行为，探讨吸附过程的机理［14］。

（1）拟一级动力学方程Lagergren 拟一级吸附速率方程是进行固液吸附体系模拟分析的常用模型之一，其表达式为，dQ tdt =k 1（Q g －Q t ），式中Q t 为吸附剂t 时刻的吸附量，mg ·g －1；k1为拟一级吸附动力学速率常数，min －1。

对Lagergren 方程从t =0到t ＞0（Q=0到Q ＞0）进行积分，写成直线形式为，lg （Q e －Q t ）=lgQ e －k 1t2．303以lg （Q e －Q t ）对t 作图，若得到一条直线，则证明拟一级动力学模型可描述该吸附过程，且可通过斜率和截距计算k 1和Q t 。