改性活性炭对废水中铬离子的吸附_左卫元

Zuo Weiyuan Tong Haijuan Shi Bingfang
（ Department of Chemistry and Life Sciences，Baise University，Baise 533000，China）
Abstract The activated carbons modified with various types of metals have been widely recognized as the efficient sorbents in the removal of toxic metals from solution． To our best knowledge，few reports are available for the removal of toxic metals by activated carbon modified with iron． In this study，the activated carbon modified with iron was studied as a new sorbent to treat chromium from aqueous solutions． The effects of adsorption time and solution pH on the Cr （ Ⅵ） adsorption capability of the modified activated carbon were investigated． Studies showed that the maximum Cr（ Ⅵ） removal rate was 91． 4% under the following conditions： temperature of 25℃ ，pH of 30 min，adsorption time of 300 min． All results suggest that the biosorption kinetics of Cr（ Ⅵ） by activated carbon modified with iron followed the second-order kinetics model very well and adsorption equilibria were well described by the Langmuir isotherm model． The maximum adsorption capacity was 28． 82 mg / g．
对水体中重金属的去除表现出不错的效果［11-13］，常 * 通讯联系人，E-mail： shibingfang@ 126． com
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环境工程学报
第9 卷
模型。冷阳等［16］研究了用不同浓度的锰离子溶液 于摇床中振荡 300 min。将反应后得到的水样室温
对活性炭进行改性，认为在同等的条件下经锰离子 下离心（ 5 000 r / min） 5 min，经 0． 25 μm 滤膜的注射
染问题已经成为目前环境研究的热点方向之一［1］。 学者尝试对活性炭进行表面修饰，以提高其吸附性 铬是公认的致癌物质，广泛存在于环境介质中。水 能。赵梅青等［14］研究发现，用一定浓度的 KMnO4
体中铬污染主要来源于皮革鞣质、电镀、冶金、印染 和颜料等行业的废水排放，此外，一些大自然的活动 （ 火山活动和岩石风化等） 也会产生铬污染［2］。这 些铬元素会通过食物链在生物体内累积，体内铬含 量过高会导致上呼吸道刺激反应、引起肝脏和肾脏 等衰竭以 及 癌 症［3，4］。 因 此，如 何 去 除 水 体 中 的 铬
仪器（ 北京） 有限公司） ； SKF-6A 型超声清洗器（ 上 量的一定量铁改性活性炭，然后加入配置好的不同
海科导超声仪器有限公司） ； HJ-3 数显恒温磁力搅 浓度的铬离子溶液，在选定的实验条件下进行吸附
拌器（ 金坛市杰瑞尔电器有限公司） 。
操作，直 至 体 系 达 到 平 衡 为 止，取 上 层 溶 液，按
式中： qe 表示平衡吸附量（ mg / g） ； c0 表示加入的初 始铬离子溶液浓度（ mg / L） ； ce 表示达到平衡时体系 中铬离子溶液的浓度（ mg / L） ； m 表示加入的改性活
至 pH 呈中性，置于 105℃ 下烘箱中烘干。常温下， 性炭的质量（ g） 。
将烘干 的 活 性 炭 置 于 预 先 配 置 好 的 1 mol / L 的 2 结果与讨论
其改性，通过浸渍-焙烧的方法负载铁氧化物，研究 进行吸附操作，每 30 分钟取样，按上述步骤处理。
改性活性炭对水中 Cr（ Ⅵ） 的吸附性能，利用铁氧化 1． 2． 3 吸附动力学实验
物较强的络合作用力，增强对铬离子的吸附能力，并
往具塞锥形瓶中加入含铬离子浓度为 30 mg / L
考察了不同因素（ pH 和吸附时间等） 对改性活性炭 的溶液 100 mL，然后再加入铁改性活性炭 0． 1 g，于
椰壳活性炭、氯化铁、重铬酸钾和二苯碳酰二肼 1. 2. 2 方法 测 定 铬 离 子 浓 度，按 下 式 计 算 平 衡 吸
均为分析纯，购于南宁精密仪器科技有限公司。
附量：
1． 2 实验方法 1． 2． 1 铁改性活性炭的制备
qe
=
（ c0
－ ce） V m
（ 2）
取 10． 0 g 过 60 ～ 100 目筛的粉末活性炭，置于 0． 1 mol / L 的 HCl 中，浸泡 36 h 以除去原活性炭表 面的灰分和其他杂质，过滤，用蒸馏水清洗数次，直
元素越来越引起人们 的 关 注［5，6］。目 前，国 内 外 处 基金项目： 国Baidu Nhomakorabea自然科学基金资助项目（ 41163007） ； 广西自然科学基金
理含 铬 废 水 的 方 法 主 要 有 化 学 沉 淀［7］、离 子 交
资助项目（ 2012GXNSFAA053036） ； 广西高校科学技术研究项
换［8］、电解还原［9］、萃取［10］和吸附［11］。
的氧化物较强的结合力吸附铬离子，从而增加吸附
研究 时 间 对 吸 附 效 果 的 影 响： 在 100 mL
物质的吸附容量。
Cr（ VI） 浓度为 30 mg / L 的 250 mL 具塞锥形瓶中，
本研究以活性炭作为吸附剂，用氯化铁溶液对 加入铁改性活性炭 0． 1 g，调节好溶液 pH，于 25℃
Key words modified actived carbon； chromium ion； adsorption； dynamics
随着全球工业化发展，生态环境污染问题日益 常被选用为吸附剂。但普通的活性炭用于处理水体
严重。鉴于重金属对人类的危害，水体中重金属污 中的铬离子时，吸附速率较慢，吸附容量较小。于是
改性的活性炭可以增加对 Cr（ Ⅵ） 的吸附容量，并且 过滤器过滤，以尽可能除去悬浮物和杂质。采用二
服从 Langmuir 吸 附 模 型。可 见，相 比 普 通 的 活 性 苯碳酰二肼萃取分光光度法测定水样中 Cr（ VI） 的
炭，经过金属氧化物改性后的活性炭可以利用生成 含量（ 测定波长为 540 nm） 。
关键词 铁改性活性炭 铬离子 吸附 动力学
中图分类号 X522 文献标识码 A 文章编号 1673-9108（ 2015） 01-0045-06
Cr（ Ⅵ） adsorption from aqueous solutions using activated carbon modified with Fe
溶液改性后的颗粒活性炭吸附铜离子的能力显著提 高，原因是经 KMnO4 改性后的活性炭表面生成了 MnO2 氧 化 层，促 进 了 对 铜 离 子 的 吸 附。刘 俊 劭 等［15］分别以 H3 PO4 、KOH 和 ZnCl2 对活性炭进行改 性研究，结果表明，改性活性炭相对于普通活性炭吸 附容量大大提高，其吸附动力学服从准二级动力学
吸附 Cr（ Ⅵ） 的影响，并通过吸附动力学和吸附等温 25℃ 下进行吸附实验，每 30 分钟取样，按 1． 2． 2 方法
平衡实验，对其吸附机理进行了探讨。
测定 Cr（ VI） 溶液浓度，按下式计算 t 时刻的吸附量：
1 材料与方法
qt
=
（ c0
－ ct） V m
（ 1）
1． 1 仪器与试剂
式中： qt表示 t 时刻吸附剂的吸附量（ mg / g） ； ct 表示
若干个 250 mL 带具塞的锥形瓶中，依次加入 0． 1 g 2． 2 溶液 pH 对 Cr（ VI） 离子吸附影响
铁改性活性炭，以盐酸和氢氧化钠溶液调节溶液的
不同 pH 条件下铁改性活性炭对 Cr（ VI） 的去除
pH 值分别为 2、3、4、5 和 6，盖塞防止溶液损失，置 率的影响如图 1。可以看出，在 pH 为 2 ～ 4 时，铁改
2. 5 h，即为铁改性活性炭。
38． 6% ，改 性 后 活 性 炭 对 铬 离 子 的 去 除 率 为
1． 2． 2 吸附影响因素实验
91. 4% 。由此可见，改性后活性炭相比原活性炭的
研究溶液初始 pH 对吸附效果的影响： 在 25℃ 吸附性能大大提高，说明铁改性活性炭能增大对铬
下，取 100 mL 浓度为 30 mg / L 的 Cr（ VI） 溶液置于 离子的吸附容量，提高吸附效率。
第9卷 第1期 2015 年1 月
环境工程学报
Chinese Journal of Environmental Engineering
Vol ． 9 ，No ． 1 Jan ． 2 0 1 5
改性活性炭对废水中铬离子的吸附
左卫元 仝海娟 史兵方*
（ 百色学院化学与生命科学系，百色 533000）
摘 要 改性活性炭被广泛应用于吸附水体中重金属离子，但关于铁改性活性炭吸附性能的研究报道甚少。本研究 对活性炭进行铁改性处理，并将之应用于水中的铬离子吸附，考察了吸附时间、溶液 pH 对改性活性炭吸附 Cr（ Ⅵ） 效果的 影响。实验结果表明，在 25℃ 下，pH 为 3，吸附时间为 300 min 时，其对 Cr（ Ⅵ） 的去除率为 91． 4% 。铁改性活性炭对铬离 子的吸附机理服从准二级动力学方程，该吸附剂吸附等温线服从 Langmuir 方程，饱和吸附量为 28． 82 mg / g。
SP-752 型紫外-可见分光光度计 （ 上海光谱仪 t 时刻溶液中 Cr（ VI） 的浓度（ mg / L） 。
器有限公司） ； AUY120 型电子天平（ 岛津国际贸易 1． 2． 4 吸附平衡实验
（ 上海） 有限公司） ； PB-10 型 pH 计（ 赛多利斯科学
在若干 250 mL 具塞锥形瓶中，分别加入精确称
HNO3 溶液中搅拌 5 h，过滤，用蒸馏水进行清洗至 pH 为 中 性，105℃ 下 烘 干。再 将 活 性 炭 置 于 0． 2 2． 1 改性前后活性炭吸附性能对比
mol / L 氯化铁溶液中，常温下搅拌均匀后，静置 24
在相同的条件下，由改性前后活性炭吸附性能
h，过滤，滤出活性炭，于 360℃ 下在马弗炉中焙烧 实验而知，改性前活性炭对溶液铬离子的去除率为
第1 期
左卫元等： 改性活性炭对废水中铬离子的吸附
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性活性炭对 Cr（ VI） 的去除率总体变化不大； 当 pH 大于 4 时，Cr（ VI） 的去除率明显下降，原因可能与 Cr（ Ⅵ） 在溶液中的存在形态有关。
基本达到平衡。 2． 4 吸附动力学
吸附动力学是用来描述固体吸附剂吸附溶质的 吸附速率，为研究铁改性活性炭吸附 Cr（ VI） 的动力 学过程，分别对图 3 实验数据采用准一级动力学模 型、准二级动力学模型及内扩散模型进行拟合，模型 如式（ 3） ～ （ 5） ，结果见图 4 ～ 6，拟合所得动力学模 型参数见表 1。
目（ 2013LX156，201010LX505） 。
收稿日期： 2013 － 11 － 25； 修订日期： 2014 － 01 － 02
吸附法是目前去除水体中重金属离子最有效、 作者简介： 左卫元（ 1984—） ，男，硕士研究生，主要从事水污染控制
应用最广泛的方法。活性炭因其价格便宜易得，且
研究。E-mail： zwy1987． ok@ 163． com