天然火山石對六價鉻的吸附特性研究

辛建珍

(清遠市環境監測站，廣東 清遠 511515)

1.前言

人工濕地是指依據土地處理系統與水生植物處理污水的原理，由人工建立的、可控制和工程化的，具有濕地性質的污水處理系統。當污水流經人工濕地時，基質通過一些物理和化學的途徑 (如吸收、吸附、過濾、離子交換、絡合反應等)來去除污水中的氮、磷等營養物質［1］。成水平等［2］在垂直流濕地去除重金屬的研究中發現，有70%以上的重金屬被留在基質中。陽承勝等［3］研究了重金屬在香蒲人工濕地中的分布和積累，也發現重金屬主要庫存在濕地的土壤中。

此次選擇采用天然火山石作為基質，研究其對六價鉻的吸附特性。天然火山石是一種多孔填料，其通透性好，比表面積大，從而對外界的吸引力較強，認識和了解這些因素，對選擇合適的吸附劑，控制最佳的操作條件十分重要。所以，此次研究進行了吸附動力學和吸附熱力學對六價鉻去除率的影響。以期為天然火山石運用到人工濕地中提供參考依據。

2.材料與方法

2.1 實驗材料

本實驗是用購于河南鞏義的天然火山石作為材料，經蒸餾水清洗、通風干燥箱105℃烘干至恒重、球磨研細后，過不同的篩子把不同粒徑的材料分類以備用，本實驗用了粒徑中等的過40目天然火山石。

2.2 實驗方法

2.2.1 基質鉻吸附量的測定

校準曲 線 的 繪 制。吸 取 0、0.20、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00和10.0mL 鉻標準溶液于 50mL 比色管中，用水稀釋至50mL，振蕩均勻。加入硫酸 (1+1)溶液0.5mL、磷酸 (1+1)溶液0.5mL，搖勻。加入2.0mL顯色劑，搖勻，放置10min，在波長540nm處，用20mm比色皿，以水作參比，測定吸光度，同時做空白實驗。

將配制好的已知系列鉻溶液與試驗基質震蕩反應后，靜置30min，吸取2mL上清液于50mL比色管中，用水稀釋至50mL，振蕩均勻。加入硫酸 (1+1)溶液0.5mL、磷酸 (1+1)溶液 0.5mL，搖勻。加入 2.0mL顯色劑，搖勻，放置10min，在波長540nm處，用20mm比色皿，以水作參比，測定吸光度，同時做空白實驗。

2.2.2 火山石的等溫吸附動力學

稱取120℃下干燥的過40目篩0.5g火山石10份 (每份3個平衡)，放入離心管中，加入30mL質量濃度為100mg/L的重鉻酸鉀溶液，把離心管放入恒溫搖床中，分別振蕩2、4、6、8、10、30、50、80、120、180分鐘后靜置30min，取上清液用二苯碳酰二肼分光光度法測定六價鉻濃度，計算出基質六價鉻的吸附量。

2.2.3 pH對火山石吸附六價鉻的影響

稱取0.5g火山石6份 (3個平衡)，放入離心管中，用HCL和NaOH溶液將濃度為100mg/L的重鉻酸鉀溶液水樣pH分別調節到2、3、4、5、6、7，每個pH溶液分別加入30mL于離心管中，震蕩1h后靜置30min，取上清液用二苯碳酰二肼分光光度法測定六價鉻濃度，計算出基質六價鉻的吸附量。

3.結果分析

3.1 火山石的吸附動力學特征

由實驗結果可知，在實驗的開始階段，隨著實驗時間的進行，六價鉻的吸附量曲線較陡;而在實驗的最后階段，隨著實驗時間的進行，吸附量曲線較為平緩，且實驗進行到的約200min后，六價鉻的吸附量逐漸達到平衡。因其我們應該分開階段解析火山石的吸附動力學曲線，可將火山石六價鉻的吸附量曲線分為快、中、慢3個階段，這表明在火山石固相表面存在高、中、低的吸附點位，火山石對六價鉻的吸附是一個由快速到緩慢的過程，實驗的不同階段對吸附過程的速率產生了影響。

采用以上一級動力學和Lagergren準二級動力學模型對火山石在不同吸附時間下吸附除鉻動力學過程進行分析，由實驗數據可知，一級和Lagergren準二級動力學模型均對吸附動力學實驗結果擬合較好，但準二級動力學模型 (R2=0.9983)比一級動力學模型 (R2=0.9815)能更好的描述火山石對六價鉻的吸附行為。在該模型下，火山石的吸附量隨著吸附時間的增加而增大。

3.2 pH對六價鉻吸附的影響

吸附作用對pH的依賴是在1951年由Kurbatoy提出來的。從那時起，人們逐漸意識到pH是影響吸附的主要因素。天然火山石吸附受pH值影響其原因是多方面的，溶液的pH值影響溶質的存在狀態 (分子、離子、絡合物)，以及影響天然火山石的表面的空隙的結構和化學特性，所有這些對六價鉻被吸附都有一定的影響。本實驗就是在2.0～7.0這個pH范圍內討論了天然火山石對六價鉻的吸附的。可以見到pH值對吸附效果的影響明顯。

在過酸性環境中，不利于火山石對六價鉻的吸附，隨著pH的升高，火山時的吸附效果越來越好，在pH為5時的偏酸性條件下，吸附效果最好，當pH繼續升高，吸附效果隨之開始下降。

4.結論

(1)火山石對六價鉻的吸附是一個由快速到緩慢的過程，大約2h左右就已經達到平衡。

(2)pH在2.0～5.0范圍內，火山石對六價鉻吸附量隨pH升高而增大，而當pH＞5.0時，吸附量則隨pH升高而降低。

(3)由此實驗可以清楚看到，天然火山石的吸附量大，解吸率低，是人工濕地中六價鉻吸附填料的良好選擇。

［1］吳獻花，侯長定，王林，等.人工濕地處理污水的機理［J］.玉溪師范學院學報，2002，18(1):103－105

［2］成水平，GrosseW，吳振斌.垂直流人工濕地去除重金屬的研究［J］.第七屆海峽兩岸環境保護學術研討會，2001

［3］陽承勝，藍崇飪，束文圣.重金屬在寬葉香蒲人工濕地系統中的分布與積累［J］.水處理技術，2002，28(2):101－104