改性活性炭处理含铬电镀废水的研究
摘要：分别以硫酸和硝酸锰溶液为原料制备改性活性炭H-AC和Mn-H-AC，探讨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）的吸附容量明显提高；其中Mn-H-AC对Cr（VI）的吸附效果最好。通过正交实验得到各因素对Cr（VI）去除率的影响大小顺序为废水初始pH值>吸附反应温度>Mn-H-AC投加量。
0 简介
电镀废水中含有有毒的重金属污染物，Cr(VI)就是其中之一。目前，处理含铬电镀废水通常采用离子交换、氧化沉淀、反渗透和吸附等方法，其中吸附法具有成本低、处理效果好等优点，因此得到了广泛的研究。活性炭是一种应用广泛的吸附剂，性能改性进一步提高了活性炭的吸附性能。本文以硫酸和硝酸锰溶液为原料，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 实验材料与仪器
实验材料：活性炭；硝酸锰溶液（质量分数50%）、硫酸、二苯碳酰肼、高锰酸钾、重铬酸钾，均为分析纯。
仪器：79-1磁力搅拌器、LXJ-II离心机、DHG-9055电热恒温鼓风干燥箱、UV-4802分光光度计、LXJ-II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，按质量体积比1:8与15%硫酸溶液混合；（2）在60℃水浴中搅拌5小时；（3）离心洗涤后，在120℃下干燥过夜，即得H-AC。
Mn-H-AC的制备：（1）称取50g H-AC于玻璃烧杯中；（2）加入%硝酸锰溶液，用去离子水稀释至；（3）在磁力搅拌器上搅拌1h；（4）离心洗涤后，在120℃下干燥8h，在250℃下活化5h，即得Mn-H-AC。
1.3 吸附实验
采用重铬酸钾溶液模拟含铬电镀废水，其中Cr（VI）质量浓度为30 mg/L。取100 mL模拟废水于锥形瓶中，调节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。反应过程中每隔一段时间取样，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，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
在吸附剂投加量0.3g、初始废水pH值为6、吸附反应温度为25℃的条件下，研究了不同吸附剂对Cr（VI）的吸附效果，结果如图1所示。由图1可知，随着吸附反应时间的延长，3种吸附剂对Cr（VI）的去除率先提高，90min后Cr（VI）的去除率趋于稳定。
此外，3种吸附剂对Cr(VI)的去除能力均为Mn-H-AC>H-AC>活性炭。在硫酸活化过程中，活性炭表面酸性官能团增多，活性炭表面电荷性质发生变化，提高了其对Cr(VI)的吸附能力。经过Mn进一步改性后，会形成大量的Mn≡C-OH复合物，可以进一步提高Cr(VI)的去除率[7-8]。
由于Mn-H-AC对Cr(VI)有较高的去除能力，因此研究了其处理Cr(VI)的工艺条件。
2.2 Mn-H-AC投加量对Cr(VI)吸附的影响
在废水初始pH值为6、吸附反应时间90 min、吸附反应温度为25 ℃的条件下，研究了Mn-H-AC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投加量小于0.3 g时，Cr（VI）的去除率随着Mn-H-AC投加量的增加而逐渐提高；当Mn-H-AC投加量大于0.3 g时，Cr（VI）的去除率无明显变化。这说明适量的Mn-H-AC可以为吸附反应提供足够的活性位点，从而使Cr（VI）的去除率达到较大的值。
2.3 初始废水pH对Cr(VI)吸附的影响
在Mn-H-AC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）的去除率有明显的影响，随着废水初始pH值的增加，Cr（VI）的去除率呈现先升高后降低的趋势，当废水初始pH值为6时，Cr（VI）的去除率最高。这主要与废水中Cr（VI）的存在形式及Mn-H-AC的表面电荷有关。
2.4 吸附反应温度对Cr(VI)吸附的影响
在Mn-H-AC投加量0.3 g、废水初始pH值为6、吸附反应时间90 min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，这是因为吸附过程为放热反应，因此降低吸附反应温度可以促进反应的进行，吸附反应表现出物理吸附的特点。
2.5 正交试验结果分析
2.5.1 正交试验因素与水平
选取Mn-H-AC投加量(A)、吸附反应温度(B)、废水初始pH值(C)3个因素作为正交试验的因素，进行了三因素五水平的正交试验，因素水平如表1所示。
2.5.2 正交试验结果
正交试验结果显示极差大小为C>B>A，即三因素对Cr（VI）去除率的影响大小顺序为废水初始pH值>吸附反应温度>Mn-H-AC投加量。从均值结果看，吸附反应的最佳工艺条件组合为，即Mn-H-AC 0.3g、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一致。
3. 结论
利用硫酸和硝酸锰溶液制备改性活性炭H-AC和Mn-H-AC，探讨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）的吸附容量明显提高；其中Mn-H-AC对Cr（VI）的吸附效果最好。通过正交实验得出不同因素对Cr（VI）去除率的影响大小顺序为废水初始pH值>吸附反应温度>Mn-H-AC投加量。