1实验部分000

    1.1实验原理[7]

    1.1.1化学吸附

    活性炭特有的性质就是在活性炭表面上存在大量的含氧基因，如羟基-OH、甲氧基-OCH3(在制造时引入)等，不单纯是游离碳，而是含碳量多，分子量大的有机分子凝聚体，基本上属于苯核的各种衍生物。当pH=3～4时，由于上述含氧基因的存在，使微晶分子结构产生了电子云，由氧向苯核中碳原子方向偏移，使羟基上的氢具有较大的静电引力(正电引力)，因而能吸附Cr2O72-或Cr2O42-等负离子，形成了一个相对稳定的结构，即：

    结构式中的箭头表示电子云密度移动的方向，可见活性炭对Cr6+有明显的吸附效果。

    活性炭对铬除有吸附作用之外，还有还原作用。在酸性条件下(pH＜3)，活性炭可将吸附在表面的Cr6+还原为Cr3+，其反应式是：

    3C+4CrO42-+2OH+→3CO2↑+4Cr3++10H2O

    1.1.2物理吸附

    活性炭具有非常多的微孔结构和巨大的比表面积，通常1g活性炭的表面积达700～1700m2，因而具有极强的物理吸附力，能有效地吸附废水中的六价铬离子(Cr6+)。

    1.2实验材料与装置

    1.2.1实验废水

    本实验所用废水，取自永州市建华机械厂电镀废水，其水质主要成分见表1。

    1.2.2仪器与试剂

    7200型分光光度计(尤尼柯(上海)仪器有限公司)；电子天平(BS224S型，赛多利斯科学仪器(北京)有限公司)；振荡器(江苏省金坛环保仪器厂)；活性炭(粉末、颗粒，上海活性炭厂)；重铬酸钾(AR，天津市科密欧化学试剂有限公司)；硫酸(AR，国药集团化学试剂有限公司)；氢氧化钠(AR，天津市科密欧化学试剂有限公司)。

    1.2.3吸附柱

    如图1所示，采用小型玻璃柱(φ=40mm，h=300mm)加入一定量活性炭，充当固定床层，控制废水流量，使废水通过布水器均匀通过床层，进行常压过滤吸附，收集不同时间滤出液，测定其中铬(VI)含量，其测定方法采用二苯碳酰二肼分光光度法。 

    2结果与讨论

    2.1pH值对处理效果的影响

    先用去离子水从吸附柱上端注入，将活性炭滤层完全湿润。用0.5%H2SO4溶液和0.5的NaOH溶液调节废水pH分别为2.0、4.0、6.0、8.0、10.0、12.0，让其分别通过活性炭吸附柱，每两次操作之间用去离子水清洗。取流出液，测定其Cr6+含量，与废水中原Cr6+含量比较，得到不同的去除效率，如图2所示。

    由图2可以得出，pH值控制在少于4的酸性范围，含铬废水中有大量的Cr2O72-离子，在较强的酸性条件下，和活性炭的有效吸附成分形成较为稳定的化合物；随着pH值增大，水溶液中OH-浓度增大，加大了化合物的离解度，降低了活性炭对Cr6+的吸附，本实验确定吸附pH＜4。

    2.2吸附平衡时间测定

    在盛有含铬废水25mL的三角瓶中，加入相同量(0.8g)的活性炭(粉末)，调节pH=2.5，置于振荡器上，分别振荡1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0h，测定上层清液Cr6+含量[8]，结果如图3。

 对于废水处理中的吸附，发生在液固相界面上，且属多层物理吸附，随吸附时间增大，吸附过程更加充分，Cr6+去除率逐渐加大[5]，至5h后，吸附层达到饱和，吸附和解吸速度达到平衡，Cr6+去除率不再加大，本实验测定吸附平衡时间为5h。

    2.3吸附等温线

    在盛有含铬废水25mL的三角瓶中，分别加入不同量的活性炭(粉末)，调节pH=2.5。置于振荡器上振荡5h，测定上层清液Cr6+含量，作活性炭用量与Cr6+去除率关系曲线，见图4。

    再作单位活性炭的吸附量q与上层清液Cr6+含量C的对数关系曲线，即为吸附等温线，见图5，其中q表示单位质量活性炭可吸附Cr6+的量(mg/L)，C表示振荡后清液Cr6+含量(mg/L)。

     在中等压力范围内，静态法吸附符合Freundlich方程，k表示一定温度下，废水中Cr6+为单位浓度时，单位质量活性炭的吸附量；n表示吸附过程的难易程度。本实验得出活性炭吸附含铬电镀废水的Freundlich方程为q=9.95C0.362。

    2.4穿透曲线的测定

    采用颗粒状活性炭柱，粒度30～50目，活性炭用量22.5g，废水浓度为34.5mg/L，pH=2.50，过滤吸附时间20h，废水流量控制为10mL/min，测定滤出液中Cr6+含量，穿透曲线见图6、图7。

    曲线图6、图7可以得出，当吸附时间t=13h时，Cr6+去除率为86.5%，t=14h时，去除率为74.7%，t=15h时，去除率下降至58.1%。实验测得颗数炭动态吸附容量为0.346L废/g活性炭，相当于每克活性炭吸附11.95mgCr6+。

    2.5活性炭再生

    活性再生常采用加热、酸浸泡、碱浸泡等方式。

    本法采用碱处理再生活性炭。其原理为：当溶液的pH＞6时，原活性炭表面的吸附位置全被OH-夺取，活性炭对Cr6+的吸附明显下降，甚至不吸附。反应式为：

    实验结果如表2所示：

     3结论

    经过实验得出工艺条件为：pH＜4；平衡吸附时间为5h；吸附等温方程式q=9.95C0.362；穿透时间为13h；吸附容量0.346L废水/g活性炭，相当于11.95mgCr6+/g活性炭，可用20%NaOH再生活性炭，可取得较满意的效果。

    参考文献

    [1]孟祥和等.重金属废水处理[Ｍ].北京：化学工业出版社，2000。

    [2]黄国林，乐长高.炉渣动态吸附处理松香废水的研究[J].上海环境科学，1996，15(8).

    [3]黄巍.活性炭吸附法处理含铬电镀废水探讨[J].江苏环境科技，2001，14(3).

    [4]张小璇，叶李艺，沙勇等.活性炭吸附法处理染料废水[J].厦门大学学报，2005，44(4).

    [5]屈艳芬，叶锦韶，尹华等.生物吸附剂-活性污泥法吸附处理含铬电镀废水[J].生态科学，2006，25(4).

    [6]李冬，韩敏.活性炭吸附在废水处理中的应用[J].洛阳理工学院学报(自然科学版)，2008，18(1).

    [7]吕继奎.化工环保概论[Ｍ].北京：化学工业出版社，1995.

    [8]国家环保总局.水和废水监测分析方法.北京：环境科学出版社，1998.