改性活性炭处理含铬电镀废水的研究

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改性活性炭处理含铬电镀废水的研究摘要：分别采用硫酸和硝酸锰溶液制备了改性活性炭Ｈ－ＡＣ和Ｍｎ－Ｈ－ＡＣ，并探讨了不同活性炭吸附剂对废水中Ｃｒ（ＶＩ）去除率的影响。结果表明：与活性炭相比，Ｈ－ＡＣ和Ｍｎ－Ｈ－ＡＣ对Ｃｒ（ＶＩ）的吸附能力得到显著的提高；其中Ｍｎ－Ｈ－ＡＣ对Ｃｒ（ＶＩ）的吸附效果最好。通过正交试验，得到了各因素对Ｃｒ（ＶＩ）去除率的影响程度依次为废水初始ｐＨ值＞吸附反应温度＞Ｍｎ－Ｈ－ＡＣ的投加量。前言电镀废水中含有有毒的重金属污染物，Ｃｒ（ＶＩ）便是其中之一。目前，处理含铬电镀废水通常采用离子交换、氧化沉淀、反渗透及吸附等方法。其中，吸附法具有成本低、处理效果好等优点，因而得到了广泛的研究。活性炭是一种应用广泛的吸附剂。改性能进一步提高活性炭的吸附性能。本文采用硫酸和硝酸锰溶液制备了改性活性炭Ｈ－ＡＣ和Ｍｎ－Ｈ－ＡＣ，并探讨了不同活性炭吸附剂对废水中Ｃｒ（ＶＩ）去除率的影响。１实验1.1实验材料及仪器实验材料：活性炭；硝酸锰溶液（质量分数为５０％）、硫酸、二苯碳酰二肼、高锰酸钾、重铬酸钾，以上试剂均为分析纯。仪器：７９－１型磁力搅拌器，ＬＸＪ－ＩＩ型离心机，ＤＨＧ－９０５５型电热恒温鼓风干燥箱，ＵＶ－４８０２型分光光度计，ＬＸＪ－ＩＩ型高温箱式炉。1.2改性活性炭的制备Ｈ－ＡＣ的制备：（１）称取一定量的活性炭，并将其与质量分数为１５％的硫酸溶液按１∶８的质量体积比进行混合；（２）在６０℃的水浴中搅拌５ｈ；（３）经离心洗涤后，于１２０℃下过夜干燥，即得到Ｈ－ＡＣ。5

1Ｍｎ－Ｈ－ＡＣ的制备：（１）称取５０ｇＨ－ＡＣ，并将其置于２０００ｍＬ的玻璃烧杯中；（２）向其中加入质量分数为５０％的硝酸锰溶液１５０ｍＬ，并加去离子水稀释至１０００ｍＬ；（３）在磁力搅拌器上搅拌１ｈ；（４）经离心洗涤后，于１２０℃下干燥８ｈ，再于２５０℃下活化５ｈ，即得到Ｍｎ－Ｈ－ＡＣ。1.3吸附实验使用重铬酸钾溶液模拟含铬电镀废水，其中Ｃｒ（ＶＩ）的质量浓度为３０ｍｇ／Ｌ。取１００ｍＬ模拟废水于锥形瓶中，并调节其ｐＨ值。向锥形瓶中加入一定量的吸附剂后，在磁力搅拌器上搅拌反应一段时间。反应期间进行间隔取样，并采用高锰酸钾氧化－二苯碳酰二肼分光光度法测定废水中Ｃｒ（ＶＩ）的质量浓度，进而计算Ｃｒ（ＶＩ）的去除率。２结果与讨论2.1不同吸附剂对Ｃｒ（ＶＩ）的吸附效果在吸附剂的投加量０．３ｇ、废水初始ｐＨ值６、吸附反应温度２５℃的条件下，研究了不同吸附剂对Ｃｒ（ＶＩ）的吸附效果，结果见图１。由图１可知：随着吸附反应时间的延长，三种吸附剂对Ｃｒ（ＶＩ）的去除率均先增大，９０ｍｉｎ后Ｃｒ（ＶＩ）的去除率趋于稳定。此外，三种吸附剂对Ｃｒ（ＶＩ）的去除能力大小为Ｍｎ－Ｈ－ＡＣ＞Ｈ－ＡＣ＞活性炭。在硫酸活化过程中，活性炭表面的酸性官能团增加，同时活性炭表面的电荷性质发生变化，使其对Ｃｒ（ＶＩ）的吸附容量提高。经Ｍｎ进一步改性后，会形成大量的Ｍｎ≡Ｃ—ＯＨ结合体，该结合体能进一步提高Ｃｒ（ＶＩ）的去除率［７－８］。由于Ｍｎ－Ｈ－ＡＣ对Ｃｒ（ＶＩ）具有较高的去除能力，所以对其处理Ｃｒ（ＶＩ）的工艺条件进行研究。2.2Ｍｎ－Ｈ－ＡＣ的投加量对Ｃｒ（ＶＩ）吸附效果的影响5

2在废水初始ｐＨ值６、吸附反应时间９０ｍｉｎ、吸附反应温度２５℃的条件下，研究了Ｍｎ－Ｈ－ＡＣ的投加量对Ｃｒ（ＶＩ）去除率的影响，结果如图２所示。由图２可知：当Ｍｎ－Ｈ－ＡＣ的投加量小于０．３ｇ时，随着Ｍｎ－Ｈ－ＡＣ投加量的增加，Ｃｒ（ＶＩ）的去除率逐渐增大；当Ｍｎ－Ｈ－ＡＣ的投加量大于０．３ｇ之后，Ｃｒ（ＶＩ）的去除率无显著变化。这表明适量的Ｍｎ－Ｈ－ＡＣ能够为吸附反应提供足够多的活性位点，使得Ｃｒ（ＶＩ）的去除率达到较大值。2.3废水初始ｐＨ值对Ｃｒ（ＶＩ）吸附效果的影响在Ｍｎ－Ｈ－ＡＣ的投加量０．３ｇ、吸附反应时间９０ｍｉｎ、吸附反应温度２５℃的条件下，研究了废水初始ｐＨ值对Ｃｒ（ＶＩ）去除率的影响，结果如图３所示。由图３可知：废水初始ｐＨ值对Ｃｒ（ＶＩ）的去除率影响显著。随着废水初始ｐＨ值的增加，Ｃｒ（ＶＩ）的去除率呈现出先增大后减小的趋势。当废水初始ｐＨ值为６时，Ｃｒ（ＶＩ）的去除率最高。这主要与Ｃｒ（ＶＩ）在废水中的存在形式及Ｍｎ－Ｈ－ＡＣ的表面电荷有关。5

32.4吸附反应温度对Ｃｒ（ＶＩ）吸附效果的影响在Ｍｎ－Ｈ－ＡＣ的投加量０．３ｇ、废水初始ｐＨ值６、吸附反应时间９０ｍｉｎ的条件下，研究了吸附反应温度对Ｃｒ（ＶＩ）去除率的影响，结果如图４所示。由图４可知：随着吸附反应温度的升高，Ｃｒ（ＶＩ）的去除率逐渐降低。这是由于该吸附过程属于放热反应，所以降低吸附反应温度能够促进反应的进行。该吸附反应表现为物理吸附的特性。2.5正交试验结果分析2.5.1正交试验因素及水平选取Ｍｎ－Ｈ－ＡＣ的投加量（Ａ）、吸附反应温度（Ｂ）和废水初始ｐＨ值（Ｃ）作为正交试验的３个因素，进行３因素５水平的正交试验。因素水平如表１所示。2.5.2正交试验结果5

4正交试验结果表明：极差大小依次为Ｃ＞Ｂ＞Ａ，即３个因素对Ｃｒ（ＶＩ）去除率的影响程度依次为废水初始ｐＨ值＞吸附反应温度＞Ｍｎ－Ｈ－ＡＣ的投加量。从均值结果看，该吸附反应的最佳工艺条件组合为Ａ３Ｂ１Ｃ３，即Ｍｎ－Ｈ－ＡＣ０．３ｇ、吸附反应温度２５℃、废水初始ｐＨ值６。这与单因素试验的分析结果相一致。３结语采用硫酸和硝酸锰溶液制备了改性活性炭Ｈ－ＡＣ和Ｍｎ－Ｈ－ＡＣ，并探讨了不同活性炭吸附剂对废水中Ｃｒ（ＶＩ）去除率的影响。结果表明：与活性炭相比，Ｈ－ＡＣ和Ｍｎ－Ｈ－ＡＣ对Ｃｒ（ＶＩ）的吸附能力得到了显著的提高；其中Ｍｎ－Ｈ－ＡＣ对Ｃｒ（ＶＩ）的吸附效果最好。通过正交试验，得到了不同因素对Ｃｒ（ＶＩ）去除率的影响程度依次为废水初始ｐＨ值＞吸附反应温度＞Ｍｎ－Ｈ－ＡＣ的投加量。5