竹炭对Cr(Ⅵ)的吸附性能研究

第２４卷第２期　２００８年３月　福建师范大学学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｆｕｊｉａｎ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ｖｏ１．２４　Ｎｏ．２　Ｍａｒ．２００８　

文章编号：１０００—５２７７（２００８）０２—００５０—０４　

竹炭对Ｃｒ（ＶＩ）的吸附性能研究　

李巧玲，陈清松　，李晓燕，赖寿莲，丁富传　

（福建师范大学化学与材料学院，福建福州３５０００７）　

摘要：研究了竹炭对溶液中Ｃｒ（Ｖ１）的吸附性能，考察了溶液ｐＨ值、竹炭粒径、吸附时间、竹炭用量和　溶液初始质量浓度对吸附的影响．实验结果表明：竹炭对Ｃｒ（Ｖ１）的吸附主要受Ｃｒ（Ｖ１）溶液的ｐＨ值、初始　质量浓度和竹炭粒径的影响，ｐＨ为１时吸附效果最好．竹炭的动态吸附过程符合二级吸附动力学方程．当　Ｃｒ（Ｖ１）溶液初始质量浓度为５０　ｍｇ／Ｌ，ｐＨ为１，震荡吸附８４　ｈ后，吸附量为３８．３　ｍｇ／ｇ，震荡吸附７　ｄ后，　饱和吸附量为４６　１　ｍｇ／ｇ．竹炭对Ｃｒ（Ⅵ）的吸附符合Ｌａｎｇｍｕｉｒ和Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ吸附等温方程．　关键词：竹炭；Ｃｒ（ＶＩ）；吸附　中图分类号：ＴＱ４２４．１　９；０６４７．３２　文献标识码：Ａ　

Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　Ｂａｍｂｏｏ　Ｃｈａｒｃｏａｌ　ｆｏｒ　Ｃｈｒｏｍｉｕｍ（Ⅵ）　

ＬＩ　Ｑｉａｏ－ｌｉｎｇ，ＣＨＥＮ　Ｑｉｎｇ－ｓｏｎｇ　，ＬＩ　Ｘｉａｏ—ｙａｎ，ＬＡＩ　Ｓｈｏｕ—ｌｉａｎ，ＤＩＮＧ　Ｆｕ－ｃｈｕａｎ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｆｕｊｉａｎ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ　３５０００７．Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｂａｍｂｏｏ　ｃｈａｒｃｏａｌ（ＢＣ）ｆｏｒ　ｃｈｒｏｍｉｕｍ（ＶＩ）ｉｎ　

ａｑｕｅｏｕｓ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｐＨ　ｖａｌｕｅ，ｓｉｚｅ　ｏｆ　ＢＣ，ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ，ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ＢＣ　ａｎｄ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｈｒｏｍｉｕｍ（ＶＩ）ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　

ｔｈｅ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｗａｓ　ｍａｉｎｌｙ　ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　ｏｎ　ｐＨ　ｖａｌｕｅ，ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　

ｃｈｒｏｍｉｕｍ（ＶＩ）ａｎｄ　ｓｉｚｅ　ｏｆ　ＢＣ，ｗｉｔｈ　ｐＨ＝１，ｂｅｉｎｇ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｕｍ　ｐＨ　ｖａｌｕｅ．Ｔｈｅ　ｃｈｒｏｍｉｕｍ　

（ＶＩ）ｕｐｔａｋｅ　ｂｙ　ＢＣ　ｗａｓ　ｂｅｓｔ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｂｙ　ｐｓｅｕｄｏ　ｓｅｃｏｎｄ－ｏｒｄｅｒ　ｒａｔｅ　ｍｏｄｅ１．Ｔｈｅ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ｃｈｒｏｍｉｕｍ（ＶＩ）ｗａｓ　３８．３　ｍｇ／ｇ　ａｆｔｅｒ　８４　ｈ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓａｔｕｒａｔｅｄ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　

ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ｃｈｒｏｍｉｕｍ（ＶＩ）ｗａｓ　４６．１　ｍｇ／ｇ　ａｆｔｅｒ　７　ｄａｙｓ　ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｈｒｏｍｉｕｍ（ＶＩ）ｉｎ　ａｑｕｅｏｕｓ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｗａｓ　５０　ｍｇ／Ｌ　ａｎｄ　ｐＨ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｗａｓ　１．Ｌａｎｇ—　ｍｕｉｒ　ａｎｄ　Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ　ｉｓｏｔｈｅｒｍ　ｍｏｄｅｌｓ　ｗｅｒｅ　ｆｉｔｔｅｄ　ｗｅｌｌ　ｔｈｅ　ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ　ｄａｔａ　ｆｏｒ　ＢＣ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｂａｍｂｏｏ　ｃｈａｒｃｏａｌ；ｃｈｒｏｍｉｕｍ（ＶＩ）；ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　

电镀、石化和制药是当今全球的三大污染工业．根据不完全统计，我国每年排出的电镀废水约４Ｏ　

亿ｍ。．在电镀废水中，含有大量金属离子，如不经处理直接排放，将严重污染人类赖以生存的环境．特　

别是含Ｃｒ（ＶＩ）废水由于难降解性、高毒性和高致癌性，其有效治理引起人们广泛关注［１］．对含Ｃｒ（ＶＩ）　

废水的处理方法主要有生物法、离子交换法、化学还原法、电解法、化学沉淀法、电渗析法和吸附法　

等，其中吸附法因操作简单，投资少，处理效果好而颇受重视．吸附法中以活性炭对Ｃｒ（ＶＩ）吸附的研　究比较多［　］，改性活性炭对溶液中Ｃｒ（ＶＩ）的最大饱和吸附量约为１　１　ｍｇ／ｇ［６］，石油焦基高比表面积活　

性炭对Ｃｒ（ＶＩ）的吸附量为７４　ｍｇ／ｇ［７］．用一般的活性炭吸附处理Ｃｒ（ＶＩ）成本较高，因此寻找成本较低　

而对Ｃｒ（ＶＩ）有较好吸附的新的吸附剂有一定意义．竹炭是一种新型的吸附剂，可用于气体的吸附和废　

收稿日期：　基金项目：　作者简介：　＊通讯作者：　２００７—０９—１０　福建省科技厅重点资助项目（２００６Ｎ００３７）；福建省发展和改革委员会资助项目（２００５８４７）　李巧玲（１９７８一），女，福建闽侯人，硕士研究生．　ｃｈｅｎｑｓｏｎｇ＠ｔＯｍ．ｃｏｒｌｌ

　维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期　李巧玲等：竹炭对Ｃｒ（Ⅵ）的吸附性能研究　

水的净化，但其对废水中Ｃｒ（Ⅵ）的吸附净化鲜有研究，程捷利用竹子加工的下脚料制备竹活性炭，研　究竹活性炭对Ｃｒ（Ⅵ）吸附的饱和吸附量为６　ｍｇ／ｇ［８］，王桂仙等利用浙江富来森竹炭有限公司提供竹炭　

（条状）粉碎成竹炭粉，其对Ｃｒ（Ⅵ）吸附的饱和吸附量为２７．１　ｍｇ／ｇ［９］，从张启伟等的研究可知，使用　不同品种的竹材在不同烧制工艺和粉碎工艺获得的竹炭，对金属的吸附能力不同［１　．　

近年来，我国南方竹炭的产量增加很快，品种也很多，但对不同来源竹炭的吸附性能尚缺乏较为　

系统的研究．本实验选用福州黑金刚炭业有限公司提供的经过近１　０００℃高温煅烧的毛竹竹炭，对模拟　Ｃｒ（Ⅵ）废水中的Ｃｒ（Ⅵ）进行吸附实验，考察了吸附条件对吸附的影响，为扩大毛竹竹炭在废水处理方　面的应用提供参考依据．　

１　实验部分　

１．１仪器和材料　ＴＵ一１８００ＰＣ紫外一可见分光光度仪（北京普析通用仪器有限责任公司），ＰＨＳ一３Ｃ精密ｐＨ计（上海　精密科学仪器有限公司），ＱＹＣ　２００恒温震荡器（上海福玛实验设备有限公司），ＳＯＲＰ—ｍａｘ全自动比　

表面孔径测定仪（日本ＢＥＬ公司），ＡＶＡＴＡＲ～３６０　ＦＴ—ＩＲ红外光谱仪（美国Ｎｉｃｏｌｅｔ公司）．　重铬酸钾、硫酸、丙酮、二苯基碳酰二肼、盐酸、氢氧化钠均是ＡＲ级，通过机械粉碎制成的粉状　

竹炭．　１．２实验方法　

１．２．１竹炭预处理　将竹炭用去离子水煮沸多次去除粉尘和竹炭表面的残留物，过滤，于１０５℃烘干，筛出粒径分别　为０．５２０￣０．２４６、０．１２３、０．０７４　ｍｍ的竹炭，继续烘干至恒重，置干燥器中备用．　

１．２．２竹炭的基本性质　竹炭的基本性质见表１，所用竹炭的粒径为０．５２０￣０．２４６　ｍｍ．说明竹炭具有较大的比表面积和较　

小的孔径，是微孔材料．　表１竹炭的基本性质　

１．２．３竹炭对Ｃｒ（Ⅵ）的吸附　移取５Ｏ　ｍＬ一定质量浓度模拟Ｃｒ（Ⅵ）废水的重铬酸钾溶液于２５０　ｍＬ的碘量瓶中，加入一定量的　

竹炭，在２５。Ｃ和一定ｐＨ值的条件下，在恒温震荡器（转速为１６０　ｒ／ｍｉｎ）中震荡吸附到设定的时间，　取上层清液，离心分离，测定溶液中Ｃｒ（Ⅵ）的剩余质量浓度，按下面式子计算吸附量ｑ（ｒａｇ／ｇ）及吸　

附率（　）：　ｑ一（Ｐｏ一｜Ｄ）Ｖｉｍ，　吸附率（％）一（ＩＤ。－－ｐ）／Ｐｏ×１００％，　

式中ＩＤ。为初始质量浓度（ｍｇ／Ｌ），ＩＤ为剩余质量浓度（ｍｇ／Ｌ），Ｖ为Ｃｒ（Ⅵ）溶液体积（ｍＬ），ｍ为吸　

附剂质量（ｍｇ）．　１．２．４　Ｃｒ（Ⅵ）质量浓度测定　利用二苯基碳酰二肼法，于紫外一可见分光光度仪上测定Ｃｒ（Ⅵ）质量浓度．配置一系列不同质量浓　度（ｏ．０２￣２０　ｍｇ／Ｌ）的Ｃｒ（Ⅵ）溶液，在最大吸收波长５４４　ｎｍ处测其吸光值，绘制Ｃｒ（Ⅵ）标准曲线，　

得回归方程为Ａ＝０．０１１　４　＋ｏ．００５　６（Ａ为吸光值，ｍ为质量（ｍｇ），相关系数Ｒ。＝ｏ．９９９　３）．将实　验所得的吸光值代人该回归方程，求出此溶液中Ｃｒ（Ⅵ）的质量ｍ，再换算成剩余质量浓度ＩＤ（ｍｇ／Ｌ）．

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２结果与分析　

２．１红外光谱分析　竹炭的ＦＴ—ＩＲ见图１：３　４３７　ｃｍ　为Ｏ—Ｈ的伸缩振动吸收峰，　１　６１１　ｃｍ　为Ｃ＝Ｏ伸缩振动吸收峰，１　４５０　ｃｍ　为ｃ—Ｏ伸缩振动吸　收峰．由于竹炭本身内部基团之间形成了分子内氢键，从而导致羰基、　

羧基、羟基等基团的吸收峰向较小波数偏移，说明竹炭含有羰基、羧　基、羟基等酸性官能团．　２．２　ｐＨ值对吸附的影响　４　０００　３　５ＯＯ　３　０ＯＯ　２　５００　２　０００１　５００１　０００　５Ｏ０　ｏ／ｃｍ　

用稀盐酸和氢氧化钠溶液调节Ｃｒ（Ｖ１）溶液的ｐＨ值，分别称取　图１竹炭的红外谱图　

２００　ｍｇ粒径为０．５２０￣０．２４６　ｍｍ的竹炭于不同ｐＨ值、质量浓度为１０　ｍｇ／Ｌ的Ｃｒ（Ｖ１）溶液中，震荡吸　附０．５　ｈ，结果如图２所示．当ｐＨ为１左右，竹炭对Ｃｒ（Ｖ１）的吸附率达到９０．５％，说明在酸性条件下，　

竹炭对Ｃｒ（Ｖ１）的吸附效果较好．溶液的ｐＨ值对溶液中的吸附质和吸附剂的表面电荷以及表面的反应　官能团的结构影响很大，从而影响吸附效果．在酸性条件下，含氧酸性官能团可与溶液中的Ｈ　作用而　形成－－ＣＯＯＨ＋、一ＯＨｚ　、＝Ｃ＝ＯＨ　等酸性官能团正离子，而易发生对Ｃｒ（Ｖ１）的吸附［６Ｊ．Ｃｒ（Ｖ１）在溶　液中的存在形式与溶液的ｐＨ值有关，存在下列平衡：　

２ＣｒＯ４。一＋２Ｈ　＝＝＝　２Ｏ７。一＋Ｈ２Ｏ．　

酸性条件下，Ｃｒ（Ｖ１）在溶液中主要以Ｃｒ。Ｏ　。。形式存在，竹炭表面的酸性官能团易对其产生较好的化学　

吸附，因此，可以认为竹炭对Ｃｒ（Ｖ１）的吸附主要是化学吸附．随着溶液酸性减弱直至碱性，溶液中ＯＨ。　含量增大，酸性官能团正离子大量减少，因而竹炭对其几乎不吸附．　

２．３竹炭粒径对吸附的影响　分别称取１００　ｍｇ粒径为０．５２０￣０．２４６、０．１２３、０．０７４　ｍｍ的竹炭，于ｐＨ为１、质量浓度为１Ｏ　

ｍｇ／Ｌ的Ｃｒ（Ｖ１）溶液中，震荡吸附２　ｈ，得其对应的吸附率分别为８１％、９５％和１００　９／６．竹炭粒径对吸　

附的影响较大，粒径小的竹炭其吸附率比粒径大的要高，尤其是粒径为０．０７４　ｍｍ的竹炭对Ｃｒ（Ｖ１）的　吸附率几乎达到１００￣／６．这是因为竹炭粒径减小，比表面积增大，其表面有更多的酸性官能团与Ｃｒ（Ｖ１）　接触，在同样的时间里，能吸附更多的Ｃｒ（Ｖ１）．但竹炭粒径太小，难以回收，易造成二次污染，故以　

下实验选取粒径为０．５２０￣０．２４６　ｍｍ的竹炭作为研究对象．　２．４时间对吸附的影响　称取１００　ｍｇ竹炭于ｐＨ为１、质量浓度为１０　ｍｇ／Ｌ的Ｃｒ（Ｖ１）溶液中，震荡吸附，每隔一定时间取