水处理

改性活性炭处理含铬电镀废水的研究

2020-02-14 12:47:20 《电镀与环保》 作者:范思思 许同桃等

摘要:分别采用硫酸和硝酸锰溶液制备了改性活性炭H-AC和Mn-H-AC,并探讨了不同活性炭吸附剂对废水中Cr(VI)去除率的影响。结果表明:与活性炭相比,H-AC和Mn-H-AC对Cr(VI)的吸附能力得到显著的提高;其中Mn-H-AC对Cr(VI)的吸附效果最好。通过正交试验,得到了各因素对Cr(VI)去除率的影响程度依次为废水初始pH值>吸附反应温度>Mn-H-AC的投加量。

0前言

电镀废水中含有有毒的重金属污染物,Cr(VI)便是其中之一。目前,处理含铬电镀废水通常采用离子交换、氧化沉淀、反渗透及吸附等方法。其中,吸附法具有成本低、处理效果好等优点,因而得到了广泛的研究。活性炭是一种应用广泛的吸附剂。改性能进一步提高活性炭的吸附性能。本文采用硫酸和硝酸锰溶液制备了改性活性炭H-AC和Mn-H-AC,并探讨了不同活性炭吸附剂对废水中Cr(VI)去除率的影响。1实验

1.1 实验材料及仪器

实验材料:活性炭;硝酸锰溶液(质量分数为50%)、硫酸、二苯碳酰二肼、高锰酸钾、重铬酸钾,以上试剂均为分析纯。

仪器:79-1型磁力搅拌器,LXJ-II型离心机,DHG-9055型电热恒温鼓风干燥箱,UV-4802型分光光度计,LXJ-II型高温箱式炉。

1.2 改性活性炭的制备

H-AC的制备:(1)称取一定量的活性炭,并将其与质量分数为15%的硫酸溶液按1∶8的质量体积比进行混合;(2)在60℃的水浴中搅拌5h;(3)经离心洗涤后,于120℃下过夜干燥,即得到H-AC。

Mn-H-AC的制备:(1)称取50gH-AC,并将其置于2000mL的玻璃烧杯中;(2)向其中加入质量分数为50%的硝酸锰溶液150mL,并加去离子水稀释至1000mL;(3)在磁力搅拌器上搅拌1h;(4)经离心洗涤后,于120℃下干燥8h,再于250℃下活化5h,即得到Mn-H-AC。

1.3 吸附实验

使用重铬酸钾溶液模拟含铬电镀废水,其中Cr(VI)的质量浓度为30mg/L。取100mL模拟废水于锥形瓶中,并调节其pH值。向锥形瓶中加入一定量的吸附剂后,在磁力搅拌器上搅拌反应一段时间。反应期间进行间隔取样,并采用高锰酸钾氧化-二苯碳酰二肼分光光度法测定废水中Cr(VI)的质量浓度,进而计算Cr(VI)的去除率。

2结果与讨论

2.1 不同吸附剂对Cr(VI)的吸附效果

在吸附剂的投加量0.3g、废水初始pH值6、吸附反应温度25℃的条件下,研究了不同吸附剂对Cr(VI)的吸附效果,结果见图1。由图1可知:随着吸附反应时间的延长,三种吸附剂对Cr(VI)的去除率均先增大,90min后Cr(VI)的去除率趋于稳定。

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此外,三种吸附剂对Cr(VI)的去除能力大小为Mn-H-AC>H-AC>活性炭。在硫酸活化过程中,活性炭表面的酸性官能团增加,同时活性炭表面的电荷性质发生变化,使其对Cr(VI)的吸附容量提高。经Mn进一步改性后,会形成大量的Mn≡C—OH结合体,该结合体能进一步提高Cr(VI)的去除率[7-8]。

由于Mn-H-AC对Cr(VI)具有较高的去除能力,所以对其处理Cr(VI)的工艺条件进行研究。

2.2 Mn-H-AC的投加量对Cr(VI)吸附效果的影响

在废水初始pH值6、吸附反应时间90min、吸附反应温度25℃的条件下,研究了Mn-H-AC的投加量对Cr(VI)去除率的影响,结果如图2所示。由图2可知:当Mn-H-AC的投加量小于0.3g时,随着Mn-H-AC投加量的增加,Cr(VI)的去除率逐渐增大;当Mn-H-AC的投加量大于0.3g之后,Cr(VI)的去除率无显著变化。这表明适量的Mn-H-AC能够为吸附反应提供足够多的活性位点,使得Cr(VI)的去除率达到较大值。

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2.3 废水初始pH值对Cr(VI)吸附效果的影响

在Mn-H-AC的投加量0.3g、吸附反应时间90min、吸附反应温度25℃的条件下,研究了废水初始pH值对Cr(VI)去除率的影响,结果如图3所示。由图3可知:废水初始pH值对Cr(VI)的去除率影响显著。随着废水初始pH值的增加,Cr(VI)的去除率呈现出先增大后减小的趋势。当废水初始pH值为6时,Cr(VI)的去除率最高。这主要与Cr(VI)在废水中的存在形式及Mn-H-AC的表面电荷有关。

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2.4 吸附反应温度对Cr(VI)吸附效果的影响

在Mn-H-AC的投加量0.3g、废水初始pH值6、吸附反应时间90min的条件下,研究了吸附反应温度对Cr(VI)去除率的影响,结果如图4所示。由图4可知:随着吸附反应温度的升高,Cr(VI)的去除率逐渐降低。这是由于该吸附过程属于放热反应,所以降低吸附反应温度能够促进反应的进行。该吸附反应表现为物理吸附的特性。

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2.5 正交试验结果分析

2.5.1 正交试验因素及水平

选取Mn-H-AC的投加量(A)、吸附反应温度(B)和废水初始pH值(C)作为正交试验的3个因素,进行3因素5水平的正交试验。因素水平如表1所示。

2.5.2 正交试验结果

正交试验结果表明:极差大小依次为C>B>A,即3个因素对Cr(VI)去除率的影响程度依次为废水初始pH值>吸附反应温度>Mn-H-AC的投加量。从均值结果看,该吸附反应的最佳工艺条件组合为A3B1C3,即Mn-H-AC0.3g、吸附反应温度25℃、废水初始pH值6。这与单因素试验的分析结果相一致。

3结语

采用硫酸和硝酸锰溶液制备了改性活性炭H-AC和Mn-H-AC,并探讨了不同活性炭吸附剂对废水中Cr(VI)去除率的影响。结果表明:与活性炭相比,H-AC和Mn-H-AC对Cr(VI)的吸附能力得到了显著的提高;其中Mn-H-AC对Cr(VI)的吸附效果最好。通过正交试验,得到了不同因素对Cr(VI)去除率的影响程度依次为废水初始pH值>吸附反应温度>Mn-H-AC的投加量。


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