改性核桃殼吸附處理含鉻廢水

楊旭

（武漢景弘生態環境股份有限公司，武漢 430000）

含鉻廢水中的鉻主要以Cr6+形式存在，目前對含鉻廢水的處理方法中，吸附法是最為靈活和應用廣泛的技術，生物質作為吸附劑逐漸成為研究熱點。我國是農業大國，核桃殼是一種天然生物質，其主要成分是不溶酸的木質素，可以作為一種優良的吸附劑，對含鉻廢水有較好的吸附效果。通過物理、化學的方法對核桃殼進行改性處理，可進一步提高Cr6+的吸附量。

常見的改性方法有物理改性法和化學改性法兩大類，其中，物理改性法主要是加熱、灰化、碳化等；化學改性法常用酸、堿、鹽等無機試劑和甲醛、硫脈、環氧氯丙烷等有機試劑處理。化學改性法在核桃殼上引入大量的羧基、羥基、硫酸、氨基等活躍基團，從而使其擁有強烈的金屬離子吸附能力。本文采用草酸對核桃殼進行改性，采用草酸溶液浸漬-加熱法，利用草酸與木質素、纖維素、半纖維素的羥基反應，增強核桃殼對Cr6+的吸附效果。

1 實驗方法

1.1 改性吸附劑的制備

用電子天平稱取60g草酸結晶放入容量1000mL的大燒杯里備用，再加入500mL蒸餾水，草酸不易溶解，需將其放在電爐上加熱并攪拌，使草酸粉末完全溶解于蒸餾水中；稱取60g烘干后的核桃殼，用研磨器研磨成粉末，過100目篩備用。將核桃殼粉末加入制備的草酸溶液中，攪拌均勻，放入60℃恒溫烘箱中烘至干燥，再置于120℃恒溫烘箱中烘4h，使其發生充分的熱化學反應，然后將烘好的核桃殼放入真空抽濾機上抽濾沖洗至中性，研磨成粉末狀即得到改性后的吸附劑。

1.2 模擬水樣的制備

稱取一定質量的重鉻酸鉀放到容量瓶中備用，加入蒸餾水至刻度線搖晃均勻，即可得到重鉻酸鉀儲備液，之后各種濃度的模擬廢水水樣全部由這個儲備液稀釋獲得；取適量的上述重鉻酸鉀儲備液到500mL容量瓶中，加入蒸餾水至刻度線搖晃均勻，即可得到50mg/L模擬廢水水樣（也可根據需要配置其他濃度的模擬廢水水樣）。

1.3 吸附試驗

取一定體積濃度的含鉻廢水到錐形瓶中，加入少許上述改性后的吸附劑，調節振蕩器，溫度20℃，轉速200r/min時震蕩，使其吸附一段時間，靜置片刻，用針管抽濾的方法通過0.45μm的微孔濾膜，抽濾一部分上清液于試管中，再根據需要移取適量的濾液到比色管中，量取少許顯色劑加入比色管中，并且加入蒸餾水至刻度線，混合均勻后放置一段時間待其顯色，之后取少量于比色皿中，用分光光度計在540nm波長下測量其分光度，并根據標準曲線計算出Cr6+的去除率，然后用控制變量的方法，分別討論時間、溫度、pH、初始濃度以及吸附劑的投加量因素，確定最佳參數。

1.4 Cr6+的分析

準確移取2.00、4.00、6.00、8.00、10.00、12.00mL的3.0μg/mL鉻標準溶液，分別置于50mL容量瓶中，各加入6.0mL、2mol/L的H2SO4，30mL蒸餾水和2.0mL、0.2%的顯色劑溶液，搖勻后，加入蒸餾水稀釋至容量瓶的刻度線處，再次搖晃均勻后靜置，等待其反應5min后，將分光光度計波長調節至540nm，測量各溶液的吸光度，并以此吸光度計算并繪制出標準曲線方程及標準曲線（圖1）。

圖1 標準曲線

式中：

X—Cr6+濃度，mg/L；

Y—Cr6+對應的吸光度；

R—線性相關系數。

2 結果與討論

2.1 吸附時間的影響

取5個一定體積的錐形瓶，分別加入50mg/L的含鉻廢水水樣，加入少許改性后的核桃殼粉末，調節振蕩器，溫度25℃，轉速200r/min時震蕩，分別在1、1.5、2、2.5、3h時依次取出錐形瓶，測量溶液的吸光度，并根據標準曲線求得Cr6+的去除率。實驗結果見表1及圖2。

表1 吸附時間對Cr6+去除率的影響

圖2 吸附時間對改性前后核桃殼粉對Cr6+去除率的影響

由表1和圖2可看出：1）隨著吸附時間的增加，模擬廢水中Cr6+的去除率越來越高；2）在2.5h以后，廢水中Cr6+的去除率基本達到平衡；3）改性后的核桃殼比改性前的核桃殼去除率增加了約10%。因此可得出結論，改性的核桃殼粉在處理含鉻廢水時，隨著吸附時間的增加，去除率也逐漸增加，在2.5h時對廢水中鉻的去除率基本達到平衡。

2.2 初始濃度的影響

取4個100mL錐形瓶，分別加入Cr6+濃度為50、100、150、200mg/L的模擬廢水水樣，加入少量改性后的核桃殼粉末，調節振蕩器，溫度25℃，轉速200r/min時震蕩，2.5h之后取出，測量上述溶液的吸光度，并根據標準曲線求得Cr6+的去除率。實驗結果見表2及圖3。

表2 廢水樣的初始濃度對Cr6+去除率的影響

圖3 Cr6+的初始濃度對改性前后核桃殼粉對Cr6+去除率的影響

由表2和圖3可看出：1）含鉻廢水中Cr6+的濃度在50～200mg/L時，濃度越高，改性后的吸附劑對其去除率越低；2）當模擬廢水中Cr6+濃度在150mg/L之后改性后核桃殼粉的去除率基本平衡在95.05%；3）改性后的核桃殼粉比未改性的核桃殼粉對Cr6+的去除率提高了約10%。結論：隨著模擬廢水中Cr6+濃度的逐漸升高，去除率逐漸降低，當初始濃度超過150mg/L時，基本趨于平衡。

2.3 pH的影響

取8個一定體積的錐形瓶，分別加入一定濃度的含鉻廢水水樣，分別調節pH為2、3、4、5、6、7、8、9，再加入1g改性后的核桃殼粉末，調節振蕩器，溫度25℃，轉速200r/min時震蕩，2.5h后取出，測量上述溶液的吸光度，并根據標準曲線求得Cr6+的去除率。實驗結果見表3及圖4。

表3 pH對改性后核桃殼粉對Cr6+去除率的影響

圖4 pH對改性前后核桃殼粉對Cr6+去除率的影響

由表3和圖4可看出：1）改性后的核桃殼粉對廢水中Cr6+的去除率在酸性時比堿性時高；2）pH越大，改性后的核桃殼粉對廢水中Cr6+的去除率越低，pH=6時，去除率急劇下降；3）改性后的核桃殼粉在酸性條件下對Cr6+的去除率大大提高。因此可得出結論：隨著pH的升高，改性后的核桃殼粉對廢水中Cr6+的去除率降低，酸性條件更適合改性核桃殼粉處理廢水中的Cr6+，且在pH≤2的時候基本平衡。

2.4 溫度的影響

取3個錐形瓶，分別加入Cr6+濃度為50mg/L的含鉻廢水水樣，再加入少許改性后的核桃殼粉末，分別放入溫度25℃、30℃、35℃轉速200r/min的振蕩器中，振蕩2.5h后取出，測量上述溶液的吸光度，并根據標準曲線求得Cr6+的去除率。實驗結論見表4和圖5。

表4 溫度對改性后核桃殼對Cr6+去除率的影響

圖5 溫度對改性前后核桃殼粉對Cr6+去除率的影響

由表4和圖5可看出：1）溫度對吸附效果的影響不大；2）在25℃～35℃時，溫度升高，Cr6+的去除率略微降低。

2.5 核桃殼粉末投加量的影響

取6個錐形瓶，分別加入Cr6+濃度為50mg/L的含鉻廢水水樣，再分別加入0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5g改性后的核桃殼粉末，置于溫度25℃、轉速200r/min的振蕩器中震蕩，2.5h后取出，測量上述溶液的吸光度，并根據標準曲線求得Cr6+的去除率。實驗結果見表5和圖6。

表5 改性后核桃殼粉末投加量對Cr6+去除率的影響

圖6 改性前后核桃殼粉末投加量對Cr6+去除率的影響

由表5和圖6可看出：1）改性后核桃殼粉吸附劑加入的越多，去除率越高；2）當核桃殼粉的加入量為1g時，改性后核桃殼粉Cr6+的去除率基本平衡，為99.41%；3）改性后的核桃殼粉對廢水中Cr6+的去除率提高了約10%。因此可得出結論，這種吸附劑加入1g時，對廢水中Cr6+的去除率趨于平衡。

3 結論

（1）經過草酸改性的核桃殼粉末對含鉻廢水中Cr6+的去除效果明顯優于未處理的核桃殼粉，且核桃殼來源廣泛、改性方法簡便，是一種可行且經濟的方法。

（2）改性后的核桃殼粉末在各種情況下都比改性前的核桃殼表現出更好的吸附效果，總吸附率提高了約10%。

（3）改性后的核桃殼粉末在反應2.5h時達到平衡，即去除率較高的反應時間是2.5h。

（4）改性后的核桃殼粉末在酸性條件下比在堿性條件下的去除效果好，表明草酸改性的吸附劑更適合在酸性條件下使用。

（5）改性后的核桃殼粉末在25℃時對含鉻廢水中Cr6+的去除率較高，并隨著溫度的升高，去除率略有降低。

（6）這種改性后的吸附劑隨著投加量的增加，吸附效果逐漸增加，該實驗中在投加量大于等于1g時，吸附基本達到平衡。

（7）改性后的核桃殼粉末在含鉻廢水濃度50mg/L時的去除率較高，說明這種改性的核桃殼粉對低濃度的廢水處理效果較好，而對高濃度的廢水并不是很適合。