赵 晖，冯丽君，冯梦思，舒倩茜，李 波

（武汉纺织大学 环境工程学院，湖北 武汉 430073）

改性花生壳对重金属含铬废水的吸附研究

赵 晖，冯丽君，冯梦思，舒倩茜，李 波

（武汉纺织大学 环境工程学院，湖北 武汉 430073）

对改性花生壳处理含Cr6+废水进行研究，考察吸附时间、改性花生壳投加量、pH 值、Cr6+溶液初始浓度对吸附效果的影响。实验结果表明，在吸附时间100min、改性花生壳投加量为5.0g/L、pH 值2.0、Cr6+溶液初始浓度25mg/L、常温的优化实验条件下，硝酸改性花生壳比盐酸改性花生壳吸附效果好，硝酸改性花生壳吸附率达到87%，盐酸改性花生壳为71%。改性花生壳是一种较高效的重金属离子吸附剂。

花生壳；改性；Cr6+；吸附

工业废水是水体污染的主要污染源，其中重金属废水污染尤为突出，有些区域已经危及到人类的生命安全。重金属不被生物降解，其参与食物链循环并最终在生物体内积累，通过饮水和食物链，对人类产生更为广泛和严重的危害。

铬处于周期表中的第ⅵ副族，在自然界中，主要以Cr3+和Cr6+存在。含铬废水中的铬主要以Cr6+化合物存在，与Cr3+相比，Cr6+具有致癌致突变能力，在低浓度下也具有相当高的毒性，而且容易迁移，具有很强的氧化能力，其毒性是Cr3+的500 倍，对环境具有很大的危害，因而降低水体中铬的含量就显得尤为重要[1]。

吸附法是利用吸附剂的独特结构去除重金属离子的一种具有潜力的污水净化措施。常用的高效吸附剂是活性炭，但因制备成本高、再生困难，使其应用受到限制。近年来，的生物质材料作为吸附剂用于污水净化逐渐成为一个研究热点，虽然生物质材料对污染物的吸附量比活性炭小，但由于生物质材料来源丰富、取材方便、价格低廉、用后不必再生可直接处理，大大降低了重金属废水的处理费用，因而具有很好的应用前景[2-3]。

花生壳中蛋白质4%～7%、粗脂肪1%～2%、碳水化合物10.6%～21.2%、淀粉0.7%、半纤维素10.1%、粗纤维素65.7%～79.3%、灰分1.9%～4.6%；从化学元素看，花生壳除碳、氢、氧外，主要含有氮、磷、钾、钙、镁、锰、锌等，这些为花生壳的改性和利用提供了物质基础，本文以花生壳作为吸附剂，对 Cr6+的吸附影响因素进行了研究。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

实验用花生壳由武汉市郊的花生油加工厂提供。花生壳粉碎后过筛，选出粒径介0.25mm～0.50mm的颗粒，用去离子水浸泡24h，去除悬浮细小物质和可溶性物质，在80℃的烘箱中烘干后放入干燥器中备用。

800型摇摆式中药粉粹机（大德药机公司）；DHG-9123A电热恒温鼓风干燥烘箱（上海-恒科学仪器有限公司）；JJ-8型六联定时电动搅拌器（国华电器有限公司）；pHS-4型酸度计(上海大普仪器有限公司)；WFZ UV-2100型紫外可见分光光度计(尤尼柯仪器有限公司)。

1.2 花生壳的改性处理

称取200g备用的花生壳，置于2.5L的大烧杯中，加入500mL浓度 1mol/L盐酸溶液（或硝酸溶液），搅拌lh后，过滤去除液体部分，用去离子水清洗至中性，在80℃下烘干备用。

1.3 Cr6+溶液的制备

称取120℃干燥2 h的重铬酸钾(K2Cr207，优级纯) 0.2829 g， 用蒸馏水溶解后，移入1000 mL 容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀。此标准储备液的Cr6+浓度为100mg/L。

1.4 吸附试验

在20℃时，将不同浓度的Cr6+溶液200mL置于250mL烧杯中，用1.0mol∙L-1 HCl或NaOH调节溶液的pH，加入一定量的花生壳或改性花生壳，在水浴恒温振荡器中振荡一定的时间，所有实验的振荡速度均为150r/min，静置片刻后过滤，用分光光度计测定滤液的吸光度并计算Cr6+的吸附率。

式中，η为Cr6+的吸附率(%)，A0, Ae分别为K2Cr207废水中Cr6+的初始浓度和平衡时的吸光度。

2 实验结果与分析

2.1 吸附时间对吸附的影响

将浓度为100mg/L标准Cr6+储备液稀释至浓度为25mg/L，取该浓度溶液200ml置于烧杯中，加入1.0g花生壳，于20℃、150r/min水浴恒温振荡器中振荡不同的时间后，静置10 min，然后过滤，测定滤液的吸光度，研究吸附率随时间的变化。结果见图1。

图1 吸附时间对吸附的影响

图2 吸附剂用量对吸附的影响

由图1可知，对于不同方式预处理的花生壳，吸附率大小为：硝酸改性花生壳＞盐酸改性花生壳＞未改性花生壳。同时，随着接触时间的延续，花生壳对Cr6+的吸附率随之增大。

开始接触吸附时，吸附率增加较快，当吸附接触时间超过100min后，吸附率随时间的变化不大。100min时，硝酸改性花生壳和盐酸改性花生壳吸附率分别达到71%和55%，未改性花生壳只有11%。该现象说明花生壳对Cr6+的吸附，100min时基本可以达到平衡，同时，改性花生壳的吸附效果大大好于未改性的花生壳。分析认为，对于改性花生壳的吸附过程而言，Cr6+的初始吸附主要集中在改性花生壳的表面，随着吸附时间的延长，Cr6+的浓度减小，而且Cr6+要通过改性花生壳的孔隙才能被吸附，由于孔隙扩散速度较慢，吸附率随吸附时间缓慢增加，直至达到吸附平衡[4]。为保证达到充分吸附平衡，优化吸附时间定为100min。

2.2 吸附剂用量对吸附性能的影响

分别称取不同质量（0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g）的花生壳于烧杯中，加200ml浓度为25mg/L的Cr6+溶液，于20℃、150r/min水浴恒温振荡器中振荡振荡100min，静置10 min后过滤，测定滤液的吸光度。研究花生壳的用量对Cr6+吸附效果的影响。结果见图2。

由图2可知，随着花生壳用量的增多，对Cr6+的去除率也随着增大，这是由于花生壳表面积和可利用的活性吸附位点增加的缘故。但当用量接近1.0g（即5g/L）时，吸附率变化趋于平缓，吸附率随花生壳用量的增大变化不大，故可选取木屑的优化用量为5g/L。

2.3 初始Cr6+浓度对吸附的影响

称取 1.0g 花生壳于烧杯中，加200ml不同浓度的Cr6+溶液，于20℃、150r/min水浴恒温振荡器中振荡100min。静置10 min后过滤，测定滤液的吸光度，研究初始Cr6+浓度对含Cr6+废水吸附效果的影响。浓度对Cr6+吸附率的影响见图3。

图3 溶液初始浓度对吸附的影响

图4 pH值对吸附的影响

Cr6+初始浓度对吸附率有一定影响，花生壳对Cr6+的吸附吸附率随着Cr6+浓度的增加而下降，当Cr6+初始质量浓度小于25mg/L时，吸附率维持较高。因为溶液中的铬主要以形式存在，并且是花生壳主要吸附的铬离子，铬初始浓度的增加会使铬阴离子的数目增多，但是所占百分比会降低，所占百分比会增加，这样就导致了铬吸附率的减小[4]

当Cr6+初始质量浓度为25mg/L时，硝酸改性花生壳吸附率达到71%，盐酸改性花生壳也达到55%，而未改性花生壳吸附率仅为11%。Cr6+初始质量浓度5mg/L、15mg/L的吸附率与25mg/L时相近，故优化吸附条件可选择为25mg/L。

2.4 溶液pH值对吸附的影响

溶液的 pH 会影响Cr6+在水溶液中的形态，并对吸附剂上的化学官能团活性产生影响[5-6]。称取1.0g（即5g/L）的花生壳于烧杯中，加200ml浓度为25mg/L的Cr6+溶液，用浓度为0.10 mol /L的NaOH 或 HCl溶液调节体系pH1.0～10.0，于20℃、150r/min水浴恒温振荡器中振荡100min，静置10 min后过滤，测定滤液的吸光度。研究体系pH值对Cr6+吸附效果的影响。见图4。

由图4可见，随着体系pH的升高，花生壳对Cr6+的吸附率迅速降低。当体系pH为 1.0 时，花生壳对Cr6+的吸附率最大，未改性花生壳、盐酸改性花生壳、硝酸改性花生壳分别达到34%、73%和89%；当体系pH为2.0时，未改性花生壳、盐酸改性花生壳、硝酸改性花生壳对Cr6+的吸附率也分别达到35%、71%和87%。pH 为 1.0和2.0时的吸附率相差不大，可以考虑选择pH2.0作为体系的酸度。

以上数据说明酸性环境有利于吸附剂对Cr6+的吸附。一方面，pH值低时，溶液中的Cr6+主要以、。形式存在，同时质子H+较多，花生壳表面功能基团氨基、羟基接受质子H+，形成正电性的、吸附中心，通过静电作用，铬阴离子可被正电吸附中心所吸附；随着溶液pH值的增大，虽然Cr6+仍然以，形式存在，但是花生壳表面正电吸附中心数目却在减少，导致对铬阴离子吸附量的减小，可见，花生壳表面带正电荷的功能集团与铬阴离子间的静电作用在吸附过程中起着重要的作用。另一方面，溶液pH值的增大会使Cr6+在溶液中的形态分布发生变化，导致的数目增多，的数目减小，从而使得成为占优势的铬阴离子。这两方面的原因最终导致了吸附率的减小[4]。总之，pH值对溶液中的形态分布和花生壳表面功能集团所带电荷有显著的影响。

2.5 吸附过程反应级数

吸附动力学的结果呈于图 1，初始阶段吸附速度较快，随后是一个速度较慢的吸附过程，60min后，吸附基本达到平衡。随后，时间的增加对Cr6+的吸附几乎没有影响。

为了确定吸附过程的反应级数，将图1数据代入Langergren准一级反应动力学方程：

式中：qe 和 qt(mg/ g)分别为吸附平衡时和t 时间的染料吸附量；kad是速率常数，其值可由1g (qe - qt)对 t作图所得直线方程的斜率求得。Cr6+吸附的Langergren图呈于图5，未改性花生壳吸附Cr6+、硝酸改性花生壳吸附Cr6+、盐酸改性花生壳线性吸附Cr6+相关系数R2分别为0.956、0.8382、0.8793，数据表明未改性花生壳吸附符合Langergren准一级反应动力学方程。

3 结论

（1）普通花生壳和改性花生壳对含 Cr6+废水均有吸附作用，利用硝酸和盐酸改性处理后的花生壳对含Cr6+重金属废水的吸附性能明显优于普通花生壳。未改性花生壳吸附符合Langergren准一级反应动力学方程。

（2）盐酸改性花生壳和硝酸改性花生壳处理含Cr6+废水的优化条件：吸附时间为100min、花生壳用量为 5g/L、Cr6+初始质量浓度为25mg/L 、pH值为2。

（3）在优化条件下，硝酸改性花生壳的吸附效果略好于比盐酸改性花生壳，硝酸改性花生壳吸附率达到 87%，盐酸改性花生壳吸附率为71%。说明不同的改性条件，对吸附率有不同的影响。

图5 花生壳吸附的Langergren方程

[1] 韩润平，蒋海涛，陆雍森．酵母菌对Cr(VI)的生物吸附作用[J]. 环境保护科学，2005，27(104)：28-33.

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Study on the Adsorption of Modified Peanut Shell for Cr6+in Wastewater

ZHAO Hui, FENG Li-jun, FENG Meng-si, SHU Qian-qian, LI Bo
(School of Environment engineering, Wuhan Textile University , Wuhan Hubei 430073, China)

Treatment of Cr6+-containing wastewater by modified peanut shell was studied. The influences of adsorption time, quantity of modified peanut shell, pH value and initial concentration on its adsorption to Cr6+in water were examined. The experimental results show that under the following optimization conditions of adsorption time 100min, the dosage of modification woodflour 5.0g/L, pH 2.0，initial concentration25mg/L and room temperature，the adsorption rate of Cr6+could be up to 71%. The results indicate that modified peanut shell is a kind of good and cost effective adsorbent.

Peanut Shell; Modification; Cr6+; Adsorption

X703.1

A

1009－5160(2011)06－0044－04

赵晖（1968-），女，副教授，研究方向：环境工程.

中国纺织工业协会项目（2008036）.