甘蔗渣活性炭處理含鉻電鍍廢水

楊曉慶，方正，侯芳麗，葛天琪，張晉華 *

（1.南京理工大學泰州科技學院，江蘇 泰州 225300；2.南京理工大學環(huán)境與生物工程學院，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，是強致癌物質。處理含鉻廢水的方法有化學法、離子交換法、電解法、吸附法及膜過濾法等，其中吸附法由于具有工藝簡單，裝備制造便宜，操作容易等優(yōu)點而被廣泛使用[1-3]。

我國南方很多地區(qū)甘蔗產量很大，直接用燃燒處理甘蔗渣不僅浪費了大量的資源，還嚴重污染大氣，影響人類生存環(huán)境。利用甘蔗渣來制備活性炭既有效利用廢棄物，又節(jié)約成本，不僅經濟實用，而且減少了對環(huán)境的破壞[4-7]。本文以農林廢棄物甘蔗渣為原料制備了活性炭，并應用于含鉻電鍍廢水的處理中。

1 實驗

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、梅特勒–托利多儀器有限公司AL104電子天平、常州國華電器有限公司多用振蕩器、上海精密科學儀器有限公司PHS-3C 型pH 計。

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鉻標準溶液。取此鉻標準溶液，通過稀釋配制成所需質量濃度的鉻溶液。

1.4 活性炭吸附含鉻廢水

準確稱取一定量甘蔗渣活性炭于100 mL 一定質量濃度的鉻溶液中，置于振蕩器中振蕩吸附一定時間，靜置過濾，用火焰原子分光光度法測定鉻的剩余含量，吸附量q和去除率η 按式(1)和式(2)計算。

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

2 結果與討論

2.1 鉻初始質量濃度對吸附的影響

固定甘蔗渣活性炭質量為0.050 0 g，振蕩溫度為20°C，吸附時間為20 min，溶液pH為6，考察鉻初始質量濃度對吸附效果的影響，結果見圖1。

圖1 鉻初始質量濃度對吸附的影響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。這是因為當鉻初始質量濃度較低時，活性炭可充分吸附鉻，鉻的去除率大，而隨鉻質量濃度增加，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量濃度的含鉻廢水。

2.2 溫度對吸附效果的影響

固定甘蔗渣活性炭質量為0.050 0 g，吸附時間20 min，鉻初始質量濃度為20.00 mg/L，溶液pH為6，考察吸附溫度對吸附效果的影響，結果見圖2。

圖2 溫度對吸附的影響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%。這是因為吸附是吸熱反應，所以溫度升高有利于吸附。雖然升溫有利于吸附的進行，但是從圖中可見效果并不明顯。為降低操作費用，選擇常溫條件15～35°C 進行吸附。

2.3 溶液pH 對吸附效果的影響

固定甘蔗渣活性炭質量為0.050 0 g，反應溫度為20°C，吸附時間20 min，鉻初始質量濃度為20.00 mg/L，考察溶液pH 對吸附效果的影響，結果見圖3。

由圖3 可見，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，由于活性炭表面的羥基(─OH)、甲氧基(─COH3)等基團上的氫具有較大的靜電引力，能吸附等負離子，形成一個相對穩(wěn)定的結構，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與OH?的親和力大于對鉻的親和力，吸附量與去除率下降?？紤]到GB 21900–2008《電鍍污染物排放標準》，選擇pH為5，吸附完成后調節(jié)pH 在6～9 范圍內，便可達標排放。

2.4 吸附時間對吸附效果的影響

固定甘蔗渣活性炭質量為0.050 0 g，振蕩溫度為20°C，鉻初始質量濃度為20.00 mg/L，溶液pH為5，考察吸附時間對吸附效果的影響，結果見圖4。

圖4 時間對吸附的影響Figure 4 Effect of time on adsorption

由圖4 可知，隨吸附時間增加，活性炭的吸附量和對鉻的去除率也相應增大。60 min 后，繼續(xù)延長時間，吸附量和去除率的增加趨于平緩，說明吸附已基本平衡。選擇吸附時間為60 min，此時活性炭的吸附量為32.32 mg/g，鉻的去除率達到80.79%。

2.5 活性炭投加量對吸附效果的影響

固定振蕩溫度為20°C，吸附時間60 min，鉻初始質量濃度為20.00 mg/L，溶液pH為5，考察活性炭投加量對吸附的影響，結果見圖5。

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

由圖5 可見，隨活性炭投加量增加，鉻的去除率不斷增大。這是因為隨活性炭投加量增加，活性炭提供了更大的比表面積，所以促進了吸附。當投加量達到1 g/L時，鉻的去除率達94.00%，再繼續(xù)投加，去除率的增加趨于平緩，吸附已基本達到平衡。因此，活性炭投加量為1 g/L，吸附1 g 鉻需活性炭53 g，遠少于賈陳忠等[9]報道的需活性炭200 g。

2.6 在實際含鉻廢水中的應用

實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，調節(jié)pH為5，投入0.100 0 g 甘蔗渣活性炭，20°C 振蕩1 h。經多次重復試驗，廢水處理后總鉻為1.30 mg/L，Cr(VI)、Zn2+、Ni2+、Cu2+等均未檢出，出水水質達到GB 21900–2008表1 中總鉻1.50 mg/L 的要求。同等處理條件下，投入0.200 0 g 甘蔗渣活性炭，廢水處理后總鉻為0.33 mg/L，出水水質可滿足表3 中總鉻0.50 mg/L 的要求。

3 結論

(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。該活性炭具有較強的鉻吸附能力，對模擬含Cr 廢水(鉻初始質量濃度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94.00%。

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

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