徐婉瑩，何 雪，湯治旺，張 穎，趙業(yè)軍

（武漢東湖學(xué)院 生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430212）

隨著工業(yè)的發(fā)展及含鉻化合物的應(yīng)用日益廣泛，含鉻廢水的排放量隨之劇增。鉻在水中通常以Cr6+或Cr3+的形式存在，其中Cr6+的毒性是Cr3+的100倍[1]。含鉻廢水的處理方法[2]中，吸附法運(yùn)用作為廣泛，具有操作簡(jiǎn)單，可循環(huán)使用，對(duì)處理低濃度重金屬廢水效果好的特點(diǎn)。近年來廉價(jià)農(nóng)林廢棄物作為吸附劑處理重金屬污染廢水引起了人們的關(guān)注。

柚子皮、香蕉皮、核桃殼均有大量的纖維素，含有許多親水性的羥基基團(tuán)，具有多孔、比表面積大、良好的親和吸附性等特點(diǎn)[3,4]。因此，合理利用農(nóng)林廢棄物的多孔結(jié)構(gòu)處理廢水，達(dá)到以廢治廢的目的[5]。

本文采用農(nóng)林廢棄物作為吸附劑處理低濃度的重金屬廢水，通過吸附劑用量、pH值、吸附時(shí)間討論3種農(nóng)林廢棄物對(duì)含Cr6+廢水吸附效果的影響，并通過孔隙率的測(cè)定簡(jiǎn)單分析其吸附機(jī)理，篩選吸附效果最佳的農(nóng)林廢棄物。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

K2Cr2O7、二苯基碳酰二肼，均為分析純，天津化學(xué)試劑三廠；H2SO4（AR開封東大）；H3PO4（AR天津天力）；丙酮（AR天津大茂）；HCl（AR信陽化學(xué)試劑廠）。

i3型紫外可見分光光度計(jì)（濟(jì)南淘能）；全溫振蕩培養(yǎng)搖床（金壇文華）；小型破壁機(jī)（天津泰斯特）。

1.2 吸附劑預(yù)處理

將紅柚外皮去掉后將內(nèi)皮洗凈曬干，粉碎后過60目篩，制得紅柚內(nèi)皮粉末，保存?zhèn)溆?。香蕉皮與核桃殼預(yù)處理方法與紅柚內(nèi)皮粉預(yù)處理方法相同。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

以K2Cr2O7溶液模擬含Cr6+廢水，分別以紅柚子內(nèi)皮粉、香蕉皮粉、核桃殼粉為吸附劑，加入到含Cr6+50mg·L-1的模擬含鉻廢水50mL中，用HCl調(diào)節(jié)pH值，恒溫振蕩一段時(shí)間后，測(cè)定溶液中Cr6+濃度。采用二苯碳酰二肼分光光度法測(cè)定溶液中Cr6+質(zhì)量濃度。用式（1）計(jì)算出Cr6+的去除率。

式中 η：去除率；C0：溶液起始濃度，mg·L-1；C：處理后溶液濃度，mg·L-1。

稱取適量紅柚內(nèi)皮粉、香蕉皮粉、核桃殼粉分別測(cè)出其體積，加水至粉末表面完全潤(rùn)濕，記錄加入水的體積。通過水的體積與粉末體積的比值計(jì)算孔隙率。根據(jù)式（2）計(jì)算孔隙率。

式中 P：孔隙率；V0：加入水的體積，mL；V：粉末的體積，mL。

2 結(jié)果與討論

2.1 吸附劑投加量對(duì)去除率的影響

調(diào)節(jié)廢水的pH值為2，室溫吸附1h,測(cè)定不同吸附劑投加量對(duì)Cr6+去除率的影響。結(jié)果見圖1。

圖1 吸附劑投加量對(duì)去除率的影響Fig.1 Effect of adsorbent injection on removal rate

由圖1可知，當(dāng)紅柚內(nèi)皮粉投加量為3.0g、香蕉皮粉投加量為2.0g、核桃殼粉投加量為2.0g時(shí)，Cr6+的去除率最高。因此，紅柚內(nèi)皮粉、香蕉皮粉和核桃殼粉的最佳用量分別為3.0、2.0、2.0g。

2.2 溶液pH值對(duì)去除率的影響

投加量為各自的最佳投加量，室溫吸附1h，測(cè)定不同pH值下對(duì)Cr6+去除率的影響。結(jié)果見圖2。

圖2 溶液pH值對(duì)去除率的影響Fig.2 Effect of solution pH value on removal rate

由圖2可知，當(dāng)紅柚內(nèi)皮粉在pH值為0時(shí)，Cr6+的去除率最高，但當(dāng)pH值為0~1時(shí)，紅柚內(nèi)皮粉已變?yōu)槟z體，普通過濾方法難以過濾，考慮此時(shí)的吸附劑是否已變性，暫不考慮此種情況，確定紅柚內(nèi)皮粉最佳pH值為2。當(dāng)香蕉皮粉在pH值為1時(shí)，Cr6+的去除率最高。當(dāng)核桃殼粉在pH值為1時(shí)，Cr6+的去除率最高。因此，針對(duì)紅柚內(nèi)皮粉、香蕉皮粉和核桃殼粉的最佳pH值分別為2、1、1。

2.3 吸附時(shí)間對(duì)去除率的影響

投加量為各自的最佳投加量，溶液pH值為各自最適pH值，測(cè)定不同吸附時(shí)間對(duì)Cr6+去除率的影響。結(jié)果見圖3。

圖3 吸附時(shí)間對(duì)去除率的影響Fig.3 Effect of adsorption time on removal

由圖3可知，紅柚內(nèi)皮粉、香蕉皮粉的最佳吸附時(shí)間分別為2.5、1.5h。當(dāng)核桃殼粉在吸附時(shí)間為1~3h時(shí)，Cr6+的去除率差別不大，綜合考慮選擇核桃殼粉的吸附時(shí)間為1h。

3 孔隙率的測(cè)定

農(nóng)林廢棄物處理廢水的機(jī)理一般為物理吸附，其吸附性能的優(yōu)劣往往取決于吸附位點(diǎn)數(shù)量的多少。而吸附位點(diǎn)又與孔隙率密切相關(guān)[6]。圖4為3種農(nóng)林廢棄物的孔隙率測(cè)定結(jié)果。

圖4 3種農(nóng)林廢棄物的孔隙率測(cè)定結(jié)果Fig.4 Determination of porosity in three types of agriculture and forestry

由圖4可知，核桃殼粉的孔隙率最大，其次為香蕉皮粉，紅柚內(nèi)皮粉最小。核桃殼粉的孔隙率大，有更多的吸附位點(diǎn)，對(duì)Cr6+的吸附效果較好。

4 結(jié)論

本文采用農(nóng)林廢棄物作為吸附劑處理含Cr6+廢水，核桃殼吸附性能良好，不需要改性、碳化等處理即可對(duì)Cr6+有良好的吸附效果。處理Cr6+濃度50mg·L-1的含鉻廢水50mL，最佳吸附條件為核桃殼粉的投加量2.0g、pH值為1、吸附時(shí)間1h，此時(shí)Cr6+的去除率達(dá)到99.16%，處理后的廢水達(dá)到了國家含Cr6+廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了以廢治廢的目的。核桃殼粉去除率高的原因是其孔隙率高達(dá)62.6%，有更多的吸附位點(diǎn)。通過測(cè)定孔隙率為吸附劑篩選提供了一個(gè)快速可行的途徑。