花生殼對(duì)含鉻廢水的吸附研究 百度文庫(kù)

1、花生殼對(duì)含鉻廢水的吸附研究姓 名 繆 亞 麗 指導(dǎo)教師 王 老 師 摘 要采用花生殼、改性花生殼、花生殼活性炭對(duì)含鉻廢水進(jìn)行了吸附研究，考察了花生殼投加量、吸附時(shí)間、ph值、吸附溫度等對(duì)吸附效果的影響?；ㄉ鷼じ男允遣捎眉兹?硫酸改性，花生殼活性炭制備是采用氯化鋅活化制得花生殼活性炭。采用的測(cè)定方法是二苯碳酰分光光度法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：（1）采用未改性花生殼，在最佳吸附條件下，花生殼對(duì)cr 6+去除率達(dá)到91.90%。（2）采用甲醛/硫酸改性花生殼，在最佳吸附條件下，改性花生殼對(duì)cr 6+的去除率達(dá)到95.02%。（3）采用氯化鋅作為活化劑，在最佳活化條件下制得的花生殼活性炭，在最佳吸附條件下，花

2、生殼活性炭對(duì)cr 6+的去除率達(dá)到99.90%。綜上所述，改性花生殼、花生殼活性炭可作為處理含鉻廢水的高效吸附材料。關(guān)鍵詞：花生殼；改性；花生殼活性炭；吸附；cr 6+abstractused the peanut shell, the modified peanut shell, the peanut shell activated charcoal has conducted the adsorption research to the chromic waste water, inspected the peanut shell to throw the increment, the a

3、dsorption time, the ph value, the adsorption temperature and so on to adsorbs the effect the influence. the peanut shell modification is uses the formaldehyde/sulfuric acid modified peanut shell, when the peanut shell activated charcoal preparation uses the zinc chloride activation system to result

4、in the peanut shell activated charcoal. uses the determination method is the benzoic carbonyl spectrophotometric method. the experimental result indicated that,(1) does not use the modified peanut shell, under the best adsorption condition, the peanut shell achieves 91.90% to the cr6+ elimination ra

5、te.(2) uses the formaldehyde/sulfuric acid to the peanut shell modified condition under, the modified peanut shell achieves 95.02% under the best adsorption condition to the cr6+ elimination rate.(3) uses the zinc chloride to take the activator, the system results in the peanut shell under the best

6、activation condition, when best adsorption condition, the peanut shell activated charcoal achieves 99.90% to the cr6+ elimination rate. in summary, the shell, the modified peanut shell, the peanut shell activated charcoal may take the processing chromic waste water the highly effective adsorption ma

7、terial. keywords: peanut shell; modification; peanut shell activated charcoal; adsorption; cr6+目 錄第一章 前言11.1 研究的背景及意義11.2研究現(xiàn)狀與分析21.3 研究目的和內(nèi)容31.3.1 研究目的31.3.2 研究?jī)?nèi)容31.4 研究的技術(shù)路線(xiàn)4第二章 花生殼吸附六價(jià)鉻的實(shí)驗(yàn)方法與材料52.1實(shí)驗(yàn)材料52.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑52.1.2實(shí)驗(yàn)儀器52.1.3實(shí)驗(yàn)試劑的配制52.2 實(shí)驗(yàn)方法62.2.1花生殼預(yù)處理62.2.2花生殼改性方法62.2.3花生殼活化方法72.3 六價(jià)鉻的測(cè)定方法72.

8、4 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的繪制8第三章 花生殼對(duì)cr6+最佳吸附條件的探討93.1 概述93.2花生殼目數(shù)對(duì)花生殼吸附cr6+性能的影響93.3投加量對(duì)花生殼吸附cr6+性能的影響103.4 吸附時(shí)間對(duì)花生殼吸附cr6+性能的影響113.5溶液ph對(duì)花生殼吸附cr6+性能的影響113.6吸附溫度對(duì)花生殼吸附cr6+性能的影響123.7花生殼吸附等溫模型133.8 本章小結(jié)14第四章 改性花生殼對(duì)六價(jià)鉻離子的吸附研究154.1 概述154.2不同改性方法對(duì)花生殼吸附cr 6+性能的影響154.3 投加量對(duì)改性花生殼吸附cr 6+性能的影響164.4 溶液ph對(duì)改性花生殼吸附cr 6+性能的影響164.5 吸

9、附溫度對(duì)改性花生殼吸附cr 6+性能的影響174.6 吸附時(shí)間對(duì)改性花生殼吸附cr6+性能的影響184.7改性花生殼吸附等溫模型194.8 本章小結(jié)20第五章 花生殼活性炭對(duì)六價(jià)鉻離子的吸附研究215.1概述215.2 花生殼活性炭最佳制備工藝探討215.2.1 最佳zncl2濃度215.2.2 最佳活化溫度225.2.3 最佳料液比235.2.4 最佳活化時(shí)間245.3 花生殼活性炭對(duì)六價(jià)鉻最佳吸附條件的探討255.3.1投加量對(duì)花生殼活性炭吸附cr 6+性能的影響255.3.2 溶液ph對(duì)花生殼活性炭吸附cr6+性能的影響265.3.3 吸附時(shí)間對(duì)花生殼活性炭吸附cr6+性能的影響265.

10、3.4 吸附溫度對(duì)花生殼活性炭吸附cr6+性能的影響275.3.5 吸附等溫模型285.4 本章小結(jié)28第六章 結(jié)論與建議30參考文獻(xiàn)31致 謝34第一章 前言1.1 研究的背景與意義吸附法是利用吸附劑的獨(dú)特結(jié)構(gòu)去除重金屬離子的一種具有潛力的污水凈化措施。常用的高效吸附劑是活性炭，但因制備成本高、再生困難，使其應(yīng)用受到限制。近年來(lái)，生物質(zhì)材料（如花生殼）作為吸附劑用于污水凈化逐漸成為一個(gè)研究熱點(diǎn)，雖然生物質(zhì)材料來(lái)源豐富、取材方便、價(jià)格低廉、用后不必再生、可直接處理，大大降低了重金屬?gòu)U水的處理費(fèi)用，因而具有很好的應(yīng)用前景1-2。目前報(bào)道的去除重金屬的吸附劑除了樹(shù)脂和改性的活性炭外，還有各種礦物、

11、黏土以及廉價(jià)的生物吸附材料。盡管這些材料廉價(jià)（如花生殼），但普遍存在吸附量不高，很難得到實(shí)際應(yīng)用，因此開(kāi)發(fā)廉價(jià)且高效的重金屬吸附劑是最為關(guān)鍵的核心問(wèn)題3。由于花生殼粉末的主要成分中的酚羥基、氨基等對(duì)水溶液中金屬離子具有較好的交換、結(jié)合能力，利用花生殼作為吸附劑去除廢水中的重金屬離子具有很好的吸附效率。以花生殼為基礎(chǔ)原料進(jìn)行改性、活化可制備出新型吸附劑，具有較高且穩(wěn)定的吸附能力4。鉻處于周期表中的第vi副族，在自然界中，主要以cr3+和cr6+存在。含鉻廢水中的鉻主要以cr6+化合物存在，與cr3+相比，cr6+具有致癌致突變能力，在低濃度下也具有相當(dāng)高的毒性，而且容易遷移，具有很強(qiáng)的氧化能力，

12、其毒性是cr3+的500倍，對(duì)環(huán)境具有很大的危害，因而降低水體中鉻的含量就顯得尤為重要5。然而重金屬不能被生物降解，往往通過(guò)食物鏈在生物體內(nèi)累積，對(duì)生態(tài)環(huán)境危害極大，是環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)。據(jù)估計(jì)，全球每年釋放到環(huán)境中的有毒重金屬達(dá)數(shù)百萬(wàn)噸，造成水體中重金屬污染，一直是世界普遍存在的環(huán)境污染問(wèn)題。在我國(guó)，cr6+廣泛運(yùn)用于電鍍、制革、采礦、化工、印染等工業(yè)，重金屬經(jīng)常污染地表水和地下水，特別是人為排放和環(huán)境事故中高濃度重金屬會(huì)嚴(yán)重污染河流和湖泊，危害生態(tài)系統(tǒng)，甚至造成人類(lèi)飲用水的危害3。因此含鉻廢水的有效處理己成為全世界環(huán)境科技工作者共同關(guān)注的問(wèn)題6?；ㄉ鷼ぷ鳛橐环N農(nóng)業(yè)廢棄物，我國(guó)資源豐富，但開(kāi)

13、發(fā)應(yīng)用相對(duì)不足，除少量用作飼料外，大量被燒掉或扔掉，造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)7。將花生殼改性和制備成活性炭用于廢水處理，可達(dá)到以廢治廢，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益及環(huán)境效益的統(tǒng)一。本文以花生殼為基礎(chǔ)，研究了未改性花生殼、改性花生殼以及花生殼活性炭對(duì)水中cr6+的吸附作用，探索花生殼用于廢水處理，為花生殼在含cr6+廢水凈化處理中的應(yīng)用提供理論依據(jù)8。1.2研究現(xiàn)狀與分析目前采用花生殼作為吸附劑處理cr6+的研究已有報(bào)導(dǎo)。周艷等6將一定量過(guò)0.147mm篩的花生殼，放入60的烘箱中干燥，制得普通花生殼吸附劑，研究了ph值、吸附時(shí)間、吸附溫度、吸附劑用量對(duì)吸附效果的影響。得出最佳反應(yīng)條件為：ph值為1.

14、00、在室溫條件下，向50ml 20 mgl-1的cr6+溶液中加入0.50g吸附劑，吸附反應(yīng)1h，cr6+的去除率達(dá)84.6%。劉智峰等9將水洗干燥過(guò)0.5mm篩的花生殼50g置于大燒杯中，加入500ml、1moll-1的磷酸溶液，攪拌1h后離心去除液體部分，用75去離子水洗，去除游離的磷酸，在50下烘干制得吸附劑。通過(guò)分析溶液ph值、溶液中cr6+的初始濃度等因素對(duì)吸附效率的影響，得出ph值對(duì)吸附效率的影響最大，最佳吸附條件為：溶液ph值2.o0，cr6+濃度為40mgl-1，花生殼粉末投加量30gl-1，反應(yīng)時(shí)間100min，cr6+的去除率達(dá)96.81%。王恩萱10將花生殼粉碎后取粒徑

15、介于2-5mm的顆粒，洗凈烘干，研究花生殼活化溫度、活化時(shí)間、花生殼與氯化鋅的料液比、氯化鋅質(zhì)量濃度對(duì)花生殼制備的影響，從而制得花生殼活性炭，并研究了ph值、吸附時(shí)間、吸附溫度、吸附劑用量對(duì)吸附效果的影響。最終得出最佳吸附條件為：活化溫度為500，活化時(shí)間為1h，花生殼與氯化鋅溶液的料液比為1:2，氯化鋅溶液質(zhì)量濃度為30%，制得的活性炭。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)得出了花生殼活性炭處理六價(jià)鉻的最佳工藝條件是：吸附溫度45，吸附時(shí)間60min，振蕩速率190r/min，活性炭用量2g/l，溶液濃度顆粒內(nèi)擴(kuò)散；顆粒外擴(kuò)散顆粒內(nèi)擴(kuò)散；顆粒外擴(kuò)散顆粒內(nèi)擴(kuò)散。對(duì)于前兩種情況，吸附速率分別由顆粒外擴(kuò)散或顆粒內(nèi)擴(kuò)散控制

16、。通常情況下，顆粒內(nèi)擴(kuò)散控制整個(gè)吸附過(guò)程的條件是：混合效果良好、吸附質(zhì)濃度高、顆粒粒徑大、吸附質(zhì)和吸附劑之間的親和力差；反之，吸附過(guò)程則由顆粒外擴(kuò)散控制12。3.2花生殼目數(shù)對(duì)花生殼吸附cr6+性能的影響取10-20目，20-40目，40-100目，100目以下花生殼各1.20g于100ml錐形瓶中，分別加入ph為2.00的100ml、20mg/l的六價(jià)鉻溶液，溫度為20時(shí)，恒溫振蕩100min，測(cè)定吸光度，計(jì)算去除率。表3-1 花生殼目數(shù)對(duì)花生殼吸附cr6+性能的影響粒徑（目）10-20目20-40目40-100目100目以下去除率51.46%55.06%60.22%66.29%考察花生殼目

17、數(shù)對(duì)吸附效果的影響，由表3-1可以看出，花生殼的吸附能力隨著花生殼目數(shù)的升高，去除率不斷上升，直至100目以下，去除率最高達(dá)到66.29%，可見(jiàn)目數(shù)對(duì)吸附率有很大的影響。由于花生殼對(duì)cr6+的吸附以物理吸附為主，控制不同目數(shù)花生殼，從而控制其材料的比表面積，結(jié)果表明花生殼比表面積越大，吸附能亦越大17，粒徑100目以下的吸附效果較好，但由于粒徑較小，較難與溶液分離，故本實(shí)驗(yàn)選擇40-100目花生殼作為吸附劑。3.3投加量對(duì)花生殼吸附cr6+性能的影響分別取40-100目花生殼0.40g、0.60g、0.80g、1.00g、1.20g、1.40g于100ml錐形瓶中，加入ph為2.00的100m

18、l、20mg/l的六價(jià)鉻溶液，溫度為20時(shí)，恒溫振蕩100min，測(cè)定吸光度，計(jì)算去除率。圖3-1投加量對(duì)花生殼吸附cr6+性能的影響考察花生殼用量對(duì)吸附的影響，由圖3-1可知，隨著花生殼用量的增加cr6+去除率逐漸增大，直至用量為1.20g時(shí)，去除率最高達(dá)到68.08%。由于增大花生殼用量，比表面積增大，孔道增多，使得可接受cr6+的活性點(diǎn)位增多6。當(dāng)花生殼用量達(dá)到1.20g后，隨著花生殼用量的增加去除率保持不變，甚至因花生殼與溶液難以分離導(dǎo)致去除率下降。故本實(shí)驗(yàn)選擇花生殼的投加量為1.20g。3.4 吸附時(shí)間對(duì)花生殼吸附cr6+性能的影響取40-100目花生殼1.20g于100ml錐形瓶中

19、，加入ph為2.00的100ml20mg/l的六價(jià)鉻溶液，溫度為20時(shí)，恒溫振蕩20min、40min、100min、120min、140min、150min、160min，測(cè)定其吸光度，計(jì)算去除率。圖3-2吸附時(shí)間對(duì)花生殼吸附cr6+性能的影響考察吸附時(shí)間對(duì)去除率的影響，由圖3-2所知，花生殼對(duì)的cr6+去除率隨吸附時(shí)間延長(zhǎng)而呈遞增趨勢(shì)。主要原因是吸附初始階段花生殼表面有大量的活性點(diǎn)位，能迅速聚集溶解于水中的cr6+，并且較高的濃度差造成的傳質(zhì)推動(dòng)力；隨著吸附反應(yīng)的不斷進(jìn)行，花生殼表面堆積了大量cr6+，提供的活性位點(diǎn)減少，阻礙了cr6+運(yùn)動(dòng)，同時(shí)溶液中cr6+濃度在迅速下降使cr6+在兩相

20、中的濃度差驅(qū)動(dòng)減弱，吸附效率下降低，去除率變緩6。在時(shí)間為150min時(shí)，cr6+去除率達(dá)到最高為79.90%，而隨后去除率隨時(shí)間的延長(zhǎng)基本保持穩(wěn)定。故本實(shí)驗(yàn)選擇吸附時(shí)間為150min。3.5溶液ph對(duì)花生殼吸附cr6+性能的影響溶液ph會(huì)影響cr6+水溶液中的形態(tài)，并對(duì)吸附劑上的化學(xué)官能團(tuán)活性產(chǎn)生影響18-19。分別取40-100目花生殼1.20g于100ml錐形瓶中，加入100ml 20mg/l的六價(jià)鉻溶液，在溫度為20，恒溫振蕩150min，調(diào)節(jié)溶液ph分別為2.00、3.00、4.00、5.00、6.00、7.00，測(cè)定其吸光度，計(jì)算去除率。圖3-3 溶液ph對(duì)花生殼吸附cr6+性能的

21、影響考察溶液ph對(duì)花生殼吸附cr6+的影響，由圖3-3可知，隨著ph的下降，去除率逐漸下降，以上數(shù)據(jù)表明，酸性環(huán)境有利于吸附劑對(duì)cr6+的吸附，溶液ph的升高不利于吸附反應(yīng)的進(jìn)行。當(dāng)ph=2.00時(shí)，去除率達(dá)到最高56.16%。故本實(shí)驗(yàn)選擇溶液ph為2.00。3.6吸附溫度對(duì)花生殼吸附cr6+性能的影響分別取40-100目花生殼1.20g于100ml錐形瓶中，加入100ml 20mg/l的六價(jià)鉻溶液，在ph為2.00，恒溫振蕩150min，溫度分別為15、20、25、30、35、40時(shí)，測(cè)定其吸光度，計(jì)算去除率?？疾煳綔囟葘?duì)花生殼吸附cr6+的影響，由圖3-4可以看出，當(dāng)溫度為20時(shí)，去除率

22、達(dá)到91.90%。隨著溫度升高，去除率先上升后下降，溫度達(dá)到20后，去除率效率下降。故本實(shí)驗(yàn)選擇吸附溫度為20。圖3-4 吸附溫度對(duì)花生殼吸附cr6+性能的影響3.7花生殼吸附等溫模型取40-100目花生殼1.20g于100ml錐形瓶中，分別加入100ml溶液濃度分別為15 mg/l、20 mg/l、25 mg/l、30 mg/l、35 mg/l的六價(jià)鉻溶液，溫度為20，ph為2.00，恒溫振蕩150min，測(cè)定其吸光度，計(jì)算最大吸附量。langmuir模型20是最常用的吸附等溫線(xiàn)方程，基于以下假設(shè)條件：吸附質(zhì)只能在固體表面上呈單分子層吸附；固體表面的吸附作用是均勻的；被吸附分子之間無(wú)相互作用

23、。cr6+在花生殼吸附量上的公式： q=（c0-ce）v/m (式2-1)q為平衡吸附量，/g；c0為cr6+的初始濃度濃度，g/l；ce為cr6+平衡時(shí)的濃度，g/l；v為cr6+溶液的體積，l；m為花生殼質(zhì)量，g。langmuir模型其線(xiàn)性表達(dá)式為： ce/qe=ce/qm+1/bqm (式2-2)式中：qe平衡時(shí)的吸附量，mg/g；qm飽和吸附量，mg/g；ce一吸附平衡時(shí)cr6+的濃度，mg/l； b一吸附速率常數(shù)，l/mg。由圖3-5可知，（1）langmuir等溫吸附模型線(xiàn)性相關(guān)性符合較好，相關(guān)系數(shù)大為0.8869，可以很好的描述cr6+在花生殼上的吸附行為；（2）從langmui

24、r吸附等溫式的參數(shù)中可以判斷出吸附過(guò)程中存在最大飽和吸附量，其值為1.1877mg/g。表3-2 未改性花生殼 langmuir相關(guān)參數(shù)（溫度20）模型擬合方程相關(guān)系數(shù)langmuiry=0.842x+2.2468r2=0.7866qm =1.1877b=0.3748圖3-5花生殼吸附等溫模型3.8 本章小結(jié)根據(jù)花生殼目數(shù)、花生殼用量、溶液ph、吸附時(shí)間、吸附溫度因素的條件下，使用單一變量，確定吸附最佳條件。使用花生殼對(duì)六價(jià)鉻吸附，在花生殼用量為1.20g、溶液ph為2.00、振蕩時(shí)間為150min、吸附溫度為20，花生殼目數(shù)為40-100目、溶液濃度為20mg/l條件下吸附率可達(dá)91.90%

25、。第四章 改性花生殼對(duì)六價(jià)鉻離子的吸附研究4.1 概述改性花生殼主要是指對(duì)其表面結(jié)構(gòu)特性和表面化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行改性，以適合吸附不同的污染物。表面物理結(jié)構(gòu)改性是指通過(guò)物理或化學(xué)的方法增大吸附材料比表面積，控制孔徑大小及其分布，從而提高其物理吸附性能。表面化學(xué)性質(zhì)改性主要是通過(guò)氧化還原反應(yīng)提高吸附材料表面含氧酸性、堿性基團(tuán)的相對(duì)含量以及負(fù)載金屬改性，提供特定吸附活性點(diǎn)，調(diào)節(jié)其極性、親水性以及與金屬或金屬氧化物的結(jié)合性，從而改變對(duì)極性、弱極性或非極性物質(zhì)的吸附能力21。目前，國(guó)內(nèi)外的改性的方法有酯化改性、甲醛/硫酸改性、磷酸改性、硝酸改性、鹽酸改性等，酯化改性方法去除率最高可達(dá)98.70%，甲醛/硫酸改

26、性方法去除率最高可達(dá)97.10%，磷酸改性方法去除率最高達(dá)到96.81%，硝酸改性方法去除率最高可達(dá)87.00%，鹽酸改性方法去除率最高可達(dá)71.00%，結(jié)合以上描述及實(shí)驗(yàn)室條件，該實(shí)驗(yàn)采用甲醛/硫酸改性、硝酸改性、磷酸改性?；ㄉ鷼さ乃嵝约兹└男詫?duì)重金屬離子的吸附有較大影響。改性過(guò)程使花生殼中一些含有羥基、羧基、芳香環(huán)、co和coc鍵的混合物被脫除。改性后花生殼的等電點(diǎn)略有升高,而和羧基有關(guān)的表面負(fù)電荷量則明顯降低。改性使羧基減少的同時(shí)也暴露了新的cr 6+的吸附位點(diǎn)。改性還有利于增加重金屬離子在花生殼內(nèi)孔中的傳質(zhì)速率,從而使吸附達(dá)到平衡的時(shí)間略有減少14。4.2不同改性方法對(duì)花生殼吸附cr

27、6+性能的影響采用h3po4、甲醛/硫酸=1:5、hno3三種改性方法, 分別取三種方法改性的40-100目花生殼1.20g于100ml錐形瓶中，加入100ml、20 mg/l的六價(jià)鉻溶液，在溫度為20，ph為2.00，恒溫振蕩150min，測(cè)定吸光度，計(jì)算去除率?？疾烊N改性方法對(duì)去除率的影響，可以看出三種改性方法的去除率分別為73.84%、88.15%、87.39%，甲醛/硫酸的去除率最高，達(dá)到88.15%,故本實(shí)驗(yàn)選擇甲醛/硫酸改性。表4-1 不同改性方法對(duì)花生殼吸附cr 6+性能的影響方法h3po4甲醛/硫酸hno3去除率73.84%88.15%87.39%4.3 投加量對(duì)改性花生殼吸

28、附cr 6+性能的影響取改性的40-100目花生殼0.80g、1.20g、1.80g、2.00g、2.20g于100ml錐形瓶中，分別加入ph為2.00的100ml、 20mg/l的六價(jià)鉻溶液，在溫度為20，恒溫振蕩150min，測(cè)定吸光度，計(jì)算去除率。 圖4-1投加量對(duì)改性花生殼吸附cr 6+性能的影響考察改性花生殼用量對(duì)去除率的影響，由圖4-1可以看出，隨著花生殼用量的增加，cr6+去除率逐漸增大，當(dāng)用量達(dá)到2.00g時(shí)，去除率不再升高，反應(yīng)趨于平衡，去除率最高達(dá)到95.01%。這是由于增大花生殼用量，比表面積增大，孔道增多，使得可接受cr6+的活性點(diǎn)位和活化官能團(tuán)增多6。故本實(shí)驗(yàn)最佳改性

29、花生殼用量為2.00g。4.4 溶液ph對(duì)改性花生殼吸附cr 6+性能的影響取改性的40-100目花生殼1.20g于100ml錐形瓶中，加入100ml20mg/l的六價(jià)鉻溶液，在溫度為20，調(diào)節(jié)溶液ph分別為2.00、4.50、6.00、8.00、10.00，恒溫振蕩150min，測(cè)定其吸光度，計(jì)算去除率。圖4-2溶液ph對(duì)改性花生殼吸附cr 6+性能的影響考察溶液ph對(duì)花生殼吸附cr6+的影響，由圖4-2可以看出，隨著ph的增加，去除率不斷下降。當(dāng)ph=2.00時(shí)，去除率達(dá)到最高93.53%。以上數(shù)據(jù)表明，酸性環(huán)境有利于吸附劑對(duì)cr6+的吸附。一方面，ph值低時(shí)，溶液中的cr 6+主要以hc

30、ro4-、cr2o42-形式存在，同時(shí)質(zhì)子h+較多，花生殼表面功能基團(tuán)氨基、羧基接受質(zhì)子h+，形成正電性的nh3+、oh2+吸附中心，通過(guò)靜電作用，鉻陰離子可被正電吸附中心所吸附；隨著溶液ph值的增大，雖然cr6+仍然以hcro4-, cr2o42-形式存在，導(dǎo)致對(duì)鉻陰離子吸附量的減小，可見(jiàn)，花生殼表面帶正電荷的功能基團(tuán)和鉻陰離子間的靜電作用在吸附過(guò)程中，起著重要的作用。另一方面，溶液ph值得增大會(huì)使cr 6+在溶液中的形態(tài)分布發(fā)生變化，導(dǎo)致cr2o42-的數(shù)目增多，hcro4-的數(shù)目減小，從而使得cr2o42-成為占優(yōu)勢(shì)的鉻陰離子。這兩方面的原因最終導(dǎo)致了cr 6+吸附率的減小22。總之，p

31、h值對(duì)溶液中cr 6+的形態(tài)分布和花生殼表面功能基團(tuán)對(duì)所帶電荷有明顯的影響。4.5 吸附溫度對(duì)改性花生殼吸附cr 6+性能的影響取改性的40-100目花生殼1.20g于100ml錐形瓶中，加入100ml質(zhì)量濃度為20mg/l的六價(jià)鉻溶液，ph為2.00，溫度分別為15、20、25、30、35，恒溫振蕩150min，測(cè)定其吸光度，計(jì)算去除率。圖4-3吸附溫度對(duì)改性花生殼吸附cr 6+性能的影響考察溫度對(duì)改性花生殼吸附cr6+的影響，溫度在改性花生殼吸附cr 6+的過(guò)程中起著重要的作用，溫度升高，分子的運(yùn)動(dòng)速度加快。改性花生殼中含有大量的黃原酸酯，內(nèi)部存在大量的na+，吸附cr 6+就是na+與c

32、r 6+的位置的交換過(guò)程，當(dāng)溫度升高時(shí)，加快了na+的游離，可提高對(duì)cr 6+的吸附效率4。由圖4-3可以看出，隨著溫度的升高，去除率先上升后下降，當(dāng)溫度為25時(shí)，去除率達(dá)到95.02%。故本實(shí)驗(yàn)選擇溫度為25。 4.6 吸附時(shí)間對(duì)改性花生殼吸附cr6+性能的影響取改性的40-100目花生殼1.20g于100ml錐形瓶中，加入ph為2.00的100ml、20mg/l的六價(jià)鉻溶液，溫度為25，恒溫振蕩80min、120min、140min、150min、160min、180min，測(cè)定其吸光度，計(jì)算去除率?？疾煳綍r(shí)間對(duì)改性花生殼吸附cr6+的影響，由圖4-4可以看出，花生殼對(duì)cr6+去除率隨吸

33、附時(shí)間延長(zhǎng)而呈遞增趨勢(shì)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，去除率不斷上升，直至160min時(shí)達(dá)到平衡，去除率達(dá)91.33%。主要原因是吸附初始階段花生殼表面有大量的活性點(diǎn)位，能迅速聚集溶解于水中的cr6+，并且較高的濃度差造成的質(zhì)傳推動(dòng)力；隨著吸附反應(yīng)的不斷進(jìn)行，花生殼表面堆積了大量cr6+，提供的活性位點(diǎn)減少，阻礙了cr6+運(yùn)動(dòng)，同時(shí)溶液的cr6+濃度在迅速下降使得cr6+在兩相中的濃度差驅(qū)動(dòng)減弱，吸附效率下降低，去除率變緩6。圖4-4吸附時(shí)間對(duì)cr 6+吸附性能的影響4.7改性花生殼吸附等溫模型取改性的40-100目花生殼1.20g于100ml錐形瓶中，加入100ml質(zhì)量濃度分別為10mg/l、15 mg/

34、l、20 mg/l、25 mg/l、30 mg/l、35 mg/l的六價(jià)鉻溶液，溫度為20，ph=2.00，恒溫振蕩150min，計(jì)算最大吸附量。圖4-5改性花生殼吸附等溫模型曲線(xiàn)表4-2 花生殼langmuir相關(guān)參數(shù)（溫度25）模型擬合方程相關(guān)系數(shù)langmuiry=1.7128x-0.1809r2=0.8948qm=0.5838b=-9.4682采用langmuir模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，結(jié)果見(jiàn)圖4-5。結(jié)果表明：(1)langmuir模型可以很好的描述cr6+在花生殼上的吸附行為，相關(guān)系數(shù)為0.9459。(2)從langmuir吸附等溫式的參數(shù)中可以判斷出吸附過(guò)程中存在最大飽和吸附量，其值

35、為0.5838mg/g。4.8 本章小結(jié)采用甲醛/硫酸對(duì)花生殼進(jìn)行改性，改性后花生殼對(duì)cr6+的吸附效果大大提高，說(shuō)明甲醛/硫酸改性處理可改善表面性質(zhì)，引入更多的功能基團(tuán)，從而增加與cr6+作用的吸附點(diǎn)位?？疾旄男曰ㄉ鷼び昧?、溶液ph、吸附時(shí)間、吸附溫度四個(gè)因素對(duì)吸附的影響，利用單一變量法，根據(jù)去除率確定最佳條件，結(jié)果表明，改性花生殼用量為2.00g、溶液ph為2.00、振蕩時(shí)間為160min、吸附溫度為25、溶液濃度為20mg/l時(shí)，去除率最高達(dá)到95.02%。吸附等溫線(xiàn)結(jié)果表明，更符合langmuir吸附曲線(xiàn)。與花生殼吸附六價(jià)鉻相比，改性花生殼對(duì)六價(jià)鉻去除率達(dá)到95.02%，去除率提高了3

36、.12%，由于改性后花生殼的等電點(diǎn)略有升高，改性使羧基減少的同時(shí)也暴露了新的cr 6+的吸附位點(diǎn)，從而使去除率上升。第五章 花生殼活性炭對(duì)六價(jià)鉻離子的吸附研究5.1概述活性炭具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積（500-3000m2/g），吸附性能良好，對(duì)氣體、溶液中的有機(jī)或無(wú)機(jī)物質(zhì)以及膠體顆粒等有很強(qiáng)的吸附能力，具有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度，耐酸、耐堿、耐熱，不溶于水和有機(jī)溶劑，使用失效后容易再生等良好性能23。本文采用化學(xué)活化法，以氯化鋅為活化劑，用花生殼制備高性能的活性炭，為農(nóng)村廢棄物開(kāi)發(fā)利用開(kāi)辟新途徑?；ㄉ鷼せ罨椒ㄖ饕譃槲锢砘罨ê突瘜W(xué)活化法。由于花生殼和其他木質(zhì)原材料一樣，主要成

37、分是木質(zhì)素和纖維素，所以花生殼活性炭的生產(chǎn)工藝和其它木質(zhì)活性炭一樣，主要是化學(xué)活化法，包括磷酸活化法、氯化鋅活化法、氫氧化鋅活化方法和其它化學(xué)品活化方法24。目前研究比較成熟的是磷酸活化法和氯化鋅活化法。氯化鋅活化法工藝成熟簡(jiǎn)單，應(yīng)用較早，操作方便，原料利用率高，產(chǎn)品脫色率高等。但也存在環(huán)境污染，氯化鋅回收困難，成本高等缺陷。采用磷酸作為活化劑制備活性炭可以克服氯化鋅活化工藝的缺點(diǎn)，但也存在對(duì)裝置要求高，制出的活性炭灰分普遍較高的問(wèn)題，影響該工藝的工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用推廣。兩種活化工藝各有優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)外研究人員在利用花生殼制備活性炭的過(guò)程中均對(duì)上述工藝有所研究，取得一定的進(jìn)展10。本實(shí)驗(yàn)考慮實(shí)驗(yàn)室

38、等各方面因素，決定采用氯化鋅活化法。5.2 花生殼活性炭最佳制備工藝探討5.2.1 最佳zncl2濃度用質(zhì)量濃度分別為16.67%、23.08%、28.57%、33.33%、37.50%、41.18%氯化鋅溶液，按料液比為1：3混合，充分?jǐn)嚢杌旌希?4h后，將料液移至坩堝中，置于馬弗爐中500燒制活化90min，制取活性炭?；ㄉ鷼せ钚阅繑?shù)為40-100目，ph=1.50，ccr6+=20mg/l,加入量=0.30g, t=25，t=100min時(shí)，測(cè)出吸光度，計(jì)算去除率。圖5-1 最佳zncl2濃度考察不同氯化鋅濃度制得的花生殼活性炭對(duì)去除率的影響，由圖5-1可知，隨著氯化鋅質(zhì)量濃度的升高

39、，去除率不斷上升，直至氯化鋅質(zhì)量濃度為33.33%時(shí)，去除率最高達(dá)87.61%，隨著氯化鋅質(zhì)量濃度的繼續(xù)上升，去除率反而減小。故決定采用氯化鋅質(zhì)量濃度為33.33%。5.2.2 最佳活化溫度取質(zhì)量濃度為33.33%氯化鋅溶液，按料液比為1：3混合，充分?jǐn)嚢杌旌?，浸?4h后，將料液移至坩堝中，在馬弗爐中于溫度分別300、400、500、600、700燒制活化90min，制取花生殼活性炭。在花生殼活性炭為40-100目，ph=1.50，ccr6+=20mg/l,加入量=0.30g, t=25，t=100min時(shí)，測(cè)出吸光度，計(jì)算去除率?？疾觳煌罨瘻囟认轮苽涞幕钚蕴繉?duì)去除率的影響，由圖5-2可知

40、隨著花生殼活化溫度的升高，在一定條件下制取的活性炭的吸附能力先增大，再減小的趨勢(shì)，在活化溫度為600時(shí)，去除率達(dá)到最高為99.04%。參考氯化鋅活化機(jī)理25可知，氯化鋅大大改變了花生殼熱分居過(guò)程，在200左右基本完成碳化階段；在400之前的一長(zhǎng)段溫度范圍內(nèi)以微小減量速度又無(wú)放熱效應(yīng)下形成較穩(wěn)定的縮聚炭結(jié)構(gòu)；在400-600是活化作用的主要溫度區(qū)間；600之后隨著溫度升高，在有氧氛圍中氯化鋅炭結(jié)構(gòu)松弛、解體，氯化鋅逐漸氣化氧化，失去保護(hù)作用的炭物質(zhì)燃燒成灰分，使得產(chǎn)物中活性炭含量減少，對(duì)cr 6+的去除率降低，所以最佳活化溫度為60010。圖5-2 最佳活化溫度5.2.3 最佳料液比取質(zhì)量濃度為

41、33.33%氯化鋅溶液，按料液比分別為1:1.5、1:2、1:2.5、1：3、1:4混合，充分?jǐn)嚢杌旌?，浸?4h后，將料液移至坩堝中，在馬弗爐中于600燒制活化90min，制取活性炭。在ph=1.50，ccr6+=20mg/l,加入量=0.30g, t=25，t=120min時(shí)，測(cè)出吸光度，計(jì)算去除率?？疾炝弦罕鹊牟煌瑢?duì)去除率的影響。由圖5-3可知隨著料液比的增大，在此條件下制取的活性炭對(duì)六價(jià)鉻的去除率先增大，而后下降，在料液比為1：3時(shí)，去除率為98.21%。氯化鋅隨炭骨架具有保護(hù)機(jī)能，在活化過(guò)程中，氯化鋅具有催化脫羥基和脫水作用，使原料中氫和氧以水蒸氣形式放出，并抑制焦油的產(chǎn)生，避免堵塞

42、氣孔，從而形成多孔性結(jié)構(gòu)；此外，氯化鋅作為一種lewis酸，可以促進(jìn)芳烴縮合反應(yīng)，使得一部分分子變穩(wěn)定而減少揮發(fā)組分和焦油的形成，從而提高了活性炭的產(chǎn)率，去除率隨之升高。一定質(zhì)量花生殼中含炭量和需要活化劑的量是一定的，所以當(dāng)一定料液比中氯化鋅能夠完全活化花生殼時(shí)，料液比繼續(xù)升高，活性炭產(chǎn)率不變，去除率不會(huì)升高，反而下降10。圖5-3 最佳料液比5.2.4 最佳活化時(shí)間取質(zhì)量濃度為33.33%氯化鋅溶液，按料液比為1：3混合，充分?jǐn)嚢杌旌?，浸?4h后，將料液移至坩堝中，在馬弗爐中溫度600燒制活化20min、40min、60min、90min、120min，制備活性炭。在花生殼活性炭為40-1

43、00目，ph=1.50，ccr6+=20mg/l,加入量=0.30g, t=25，t=100min時(shí)，測(cè)出吸光度，計(jì)算去除率。圖5-4 最佳活化時(shí)間考察不同活化溫度對(duì)去除率的影響，由圖5-4可知, 隨著花生殼活化時(shí)間的增加，去除率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，在活化時(shí)間為90min時(shí)，去除率為99.79%，隨活化時(shí)間延長(zhǎng)到120min，去除率達(dá)到99.90%，提高幅度很小，考慮到實(shí)際應(yīng)用，決定采用活化時(shí)間為90min。在活化初期，花生殼活性炭活化反應(yīng)還沒(méi)有得到完全，達(dá)到一定時(shí)候后，活化反應(yīng)基本完成，達(dá)到一定時(shí)間后，活化反應(yīng)基本完成，去除率達(dá)到最高，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，去除率沒(méi)有下降，原因可能是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)所選定的活化溫

44、度600不是很高，在此溫度下炭骨架相對(duì)比較穩(wěn)定，活性炭已有的微孔、中孔和打孔變化較小，使得比表面積變化很小，其去除率不會(huì)降低10。故本實(shí)驗(yàn)選擇最佳活化時(shí)間為90min。5.3 花生殼活性炭對(duì)六價(jià)鉻最佳吸附條件的探討5.3.1投加量對(duì)花生殼活性炭吸附cr 6+性能的影響分別取40-100目花生殼活性炭質(zhì)量為0.10g、0.20g、0.30g、0.40g、0.50g于100ml錐形瓶中，分別加入ph為1.50的100ml、20mg/l的六價(jià)鉻溶液，溫度為25時(shí)，恒溫振蕩100min，測(cè)定吸光度，計(jì)算去除率。圖5-5投加量對(duì)花生殼活性炭吸附cr 6+性能的影響考察花生殼活性炭用量不同對(duì)去除率的影響，

45、由下圖5-5可以看出，隨著花生殼用量的增加，cr6+去除率逐漸增大。這是由于增大花生殼用量，比表面積增大，孔道增多，使得可接受cr6+的活性點(diǎn)位和活化官能團(tuán)增多6。隨著花生殼用量的升高，去除率先上升后保持平衡狀態(tài)，當(dāng)花生殼活性炭用量為0.40g時(shí)，去除率達(dá)到最高為93.47%。故本文選擇花生殼活性炭用量為0.40g。5.3.2 溶液ph對(duì)花生殼活性炭吸附cr6+性能的影響取40-100目花生殼活性炭質(zhì)量為0.40g于100ml錐形瓶中，加入ph分為1.5、2.0、4.0、6.0、7.0的100ml、15mg/l的六價(jià)鉻溶液，在溫度為25時(shí)，恒溫振蕩100min，測(cè)定吸光度，計(jì)算去除率。圖5-6溶