全 文 ：doi:10． 3969 / j． issn． 1001-3849． 2014． 04． 011
荔枝壳活性炭对 Cr(Ⅵ)吸附性能的研究
陈艺敏1， 施伟梅2， 陈建福1
(1．漳州职业技术学院 食品与生物工程系，福建 漳州 363000;2．赣南医学院 药学院，江西 赣州
341000)
摘要:以荔枝壳为原料，氢氧化钠为活化剂、微波加热，制备了荔枝壳活性炭。并以此活性炭为吸附
剂吸附溶液中的 Cr( Ⅵ) ，考察了初始 Cr( Ⅵ) 质量浓度、活性炭用量、pH、吸附时间、吸附温度对
Cr( Ⅵ) 的吸附量及去除率的影响。结果表明吸附 Cr( Ⅵ) 的最佳工艺条件为:荔枝壳活性炭质量
1． 6 g /L、Cr( Ⅵ) 初始质量浓度 50 mg /L、pH =3、吸附 θ为 25℃、吸附 t为 240 min，在此工艺条件下，
荔枝壳活性炭吸附剂对 Cr( Ⅵ) 具有良好的吸附能力，对 Cr( Ⅵ) 吸附量可达 30． 25 mg /g，Cr( Ⅵ) 的
去除率可达 96． 8%。吸附过程符合二级吸附动力学模型。热力学参数 ΔG、ΔH、ΔS 表明荔枝壳活
性炭对 Cr( Ⅵ) 的吸附过程是自发、吸热过程。
关 键 词:荔枝壳;活性炭; Cr( Ⅵ) ;吸附
中图分类号:TQ153;X71;TS209 文献标识码:B
收稿日期:2013-09-09 修回日期:2013-10-16
基金项目:福建省教育厅科技计划项目(JB11310)
Studies on the Adsorption Performance of Lychee Exocarp
Activated Carbon on Cr(Ⅵ)
CHEN Yi-min1，SHI Wei-mei2，CHEN Jian-fu1
(Department of Food and Biology Engineering，Zhangzhou institute of technology，Zhangzhou 363000，Chi-
na;2． College of Pharmacy，Gannan Medical University，Ganzhou 341000，China)
Abstract:The activated carbon was prepared using lychee exocarp as raw material，NaOH as activating a-
gent and microwave as heating source． Effects of initial mass concentration of Cr(Ⅵ)，quantity of activated
carbon，pH，adsorption time，adsorption temperature on the adsorption quantity and removal rate of Cr(Ⅵ)
were investigated using the prepared lychee exocarp activated carbon as adsorbent． The results showed that
the optimal conditions were as follows:the initial Cr(Ⅵ)mass concentration was 50mg /L，activated carbon
dosage was 1． 6 g /L，pH was 3，temperature was 25℃ and adsorption time was 240min． Under the condi-
tions，the prepared lychee exocarp activated carbon showed good adsorption performance to Cr (VI)and its
adsorption quantity and removal rate of Cr (VI)could reach 30． 25mg /g and 96． 8%，separately． The ad-
sorption reaction was consistent with the second order kinetic equation and the thermodynamics values of
ΔG，ΔH and ΔS indicated that the adsorption process was spontaneous and endothermic．
Keywords:lychee exocarp;activated carbon;Cr(Ⅵ) ;adsorption
引 言
近年来随着含铬矿石的加工冶炼、冶金、金属
表面处理、皮革鞣制、印染和颜料等行业的迅速发
展，产生了大量的含铬废水［1-2］。铬在水中通常以
Cr(Ⅵ)或 Cr(Ⅲ)的形式出现，其中 Cr(Ⅵ)对生命
·83· Apr． 2014 Plating and Finishing Vol． 36 No． 4 Serial No． 253
体毒性强，是强致癌物质，进入水体后容易造成在
鱼类、农作物内的聚集，严重危害人类的健康［3-4］。
目前对含 Cr(Ⅵ)废水的处理方法主要有吸附法、离
子交换法、化学还原法、电解法及膜过滤法等［5-6］，
其中吸附法具有效果稳定，操作容易，设备简单，吸
附剂可再生使用等优点而被广泛应用。
我国有很大产量的农林废弃物，其含有大量的
高分子化合物和木质素，可有效吸附金属离子，但
农林废弃物对重金属的吸附容量不高，必须对其进
行改性以提高其吸附量［7-9］。活性炭有强大的比表
面积和孔隙结构使其具有较强的物理吸附和化学
吸附功能［10-11］，因此在废水处理领域得到了广泛的
应用。荔枝壳是一种来源丰富的农业废弃物，无毒
性，易被生物降解，然而目前尚未有以荔枝壳为原
料制备活性炭并应用于废水处理的报道。本文以
农林废弃物荔枝壳为原料，氢氧化钠为活化剂，微
波加热，制备了荔枝壳活性炭，并研究了荔枝壳活
性炭对废水中 Cr(Ⅵ)的吸附性能。
1 实验部分
1． 1 实验仪器和试剂
UV-1800PC-DS2 紫外可见分光光度计(上海美
谱达仪器有限公司) ;PHS-3C精密 pH计(上海精密
科学仪器有限公司) ;SHZ-82 水浴恒温振荡器(常
州国华电器有限公司);WD800ASL23K1 型格微波
炉(广东格兰仕集团) ;GZX-9070MBE 数显鼓风干
燥箱(上海博讯实业有限公司医疗设备厂)。
主要试剂:二苯基碳酰二肼、重铬酸钾、盐酸及
氢氧化钠等，均为分析纯。
1． 2 荔枝壳活性炭的制备
将荔枝壳洗净，于 80℃恒温烘干至恒量，研磨，
过筛，取粒经在 178 ～ 250μm 之间的产品，加入
10%的 NaOH 溶液在室温下于恒温振荡器中振荡
12 h，离心，用蒸馏水反复冲洗，除去表面浮尘和杂
质，直到洗液中性，在干燥箱中烘干，再用 700W 的
微波活化 10 min 后冷却，即得荔枝壳活性炭，置于
干燥箱中保存备用。
1． 3 Cr(Ⅵ)模拟废水的制备
称取 2． 8287 g分析纯 K2Cr2O7 于 120℃烘箱干
燥 2 h，用蒸馏水溶解后，移入 100 mL 容量瓶中，摇
匀，用水定容至刻度，即得 1 g /L 的 Cr(Ⅵ)溶液，将
此作为标准溶液，按实验需要配制成各种质量浓度
的溶液。
1． 4 实验方法
将 25 mL 不同质量浓度的 Cr(Ⅵ)溶液置于
100 mL的碘量瓶中，用 0． 1 mol /L 的 HCl 或 NaOH
调节溶液的 pH，加入一定量的荔枝壳活性炭，并置
于恒温摇床中振荡一定时间，静置过滤，用二苯碳
酰二肼分光光度法测定滤液中的 Cr(Ⅵ)质量浓度。
吸附量(q)和去除率(η)按下式计算
q =
(ρ0 － ρt)V
m (1)
η =
(ρ0 － ρt)
ρ0
× 100 (2)
式中:ρ0 和 ρt 分别代表 Cr(Ⅵ)溶液的原始质
量浓度和 t时刻的质量浓度，mg /L;V 为移取的溶液
体积，L;m为吸附剂质量，g。
2 结果与讨论
2． 1 Cr(Ⅵ)初始质量浓度对吸附效果的影响
固定荔枝壳活性炭质量为 0． 04 g、pH为 3、吸附
t 为 240 min、吸附 θ 为 25℃ 的条件下，考察了
Cr(Ⅵ)初始质量浓度对吸附效果的影响，其结果见
图 1。从图 1 中可以看出，随着 Cr(Ⅵ)初始质量浓
度的增大，Cr(Ⅵ)的去除率逐渐降低，而荔枝壳活
性炭的吸附量却逐渐增大。这是因为对于相同量
的荔枝壳活性炭，当 Cr(Ⅵ)初始质量浓度较低时，
活性炭可充分地与溶液中的 Cr(Ⅵ)相接触并实现
吸附，因此 Cr(Ⅵ)的去除率较大;而随着 Cr(Ⅵ)质
量浓度的增加，溶液中的 Cr(Ⅵ)开始竞争活性炭的
活性位点并出现了剩余，使得大量的 Cr(VI)未能被
吸附［12］，去除率下降。当 Cr(Ⅵ)初始质量浓度为
50 mg /L时，荔枝壳活性炭对 Cr(Ⅵ)具有较好吸附
量与去除率，综合考虑，最佳的 Cr(Ⅵ)初始质量浓
度选择为 50 mg /L。
图 1 Cr(Ⅵ)初始质量浓度对吸附的影响
2． 2 活性炭质量对吸附效果的影响
固定 Cr(Ⅵ)初始质量浓度为 50 mg /L、pH 为
3、吸附 t 为 240 min、吸附 θ 为 25℃的条件下，考察
了荔枝壳活性炭用量对吸附效果的影响，其结果见
·93·2014 年 4 月 电 镀 与 精 饰 第 36 卷第 4 期(总 253 期)
图 2。从图 2 中可以看出，随着活性炭加入量的增
大，Cr(Ⅵ)的去除率逐渐提高;当活性炭质量达到
0． 04 g时，Cr(Ⅵ)的去除率达到 96． 8%，再继续增加
活性炭用量，去除率增加不再明显。这是因为随着
活性炭质量的增加，增大了吸附剂的比表面积，使
得吸附活性位点增加，促进了活性炭对 Cr(Ⅵ)的吸
附，因而去除率提高。而当活性炭质量超过 0． 04 g
时，吸附已基本达到平衡，此时活性炭的吸附量已
达 30． 25 mg /g，继续增加活性炭质量，会使得活性炭
活性位点要相互竞争 Cr(Ⅵ)，而使吸附量的降
低［13］，因此，最佳的活性炭用量为 0． 04 g。
图 2 活性炭质量对吸附的影响
2． 3 pH对吸附效果的影响
固定荔枝壳活性炭质量为 0． 04 g、Cr(Ⅵ)初始
质量浓度为 50 mg /L、吸附 t 为 240 min、吸附 θ 为
25℃的条件下，考察了溶液 pH 对吸附效果的影响，
其结果见图 3。
图 3 pH对吸附的影响
从图 3 中可以看出，随着 pH 的增加，活性炭的
吸附量和对 Cr(Ⅵ)的去除率均下降。这是因为在
较低的 pH溶液中，Cr(Ⅵ)主要以 Cr2O7
2 －的形式存
在，该形态的负离子容易与活性炭表面的官能团形
成较为稳定的化合物，从而实现较好的吸附;而随
着 pH 的增加，水溶液中的 OH － 浓度增大，使得
Cr(Ⅵ)转化为其它形态而不利于活性炭的吸附，且
OH －浓度增大，使得 Cr(Ⅵ)的竞争吸附能力下
降［14］，导致了吸附量与去除率的下降。尽管较低
pH较有利于 Cr(Ⅵ)的去除，但是酸性太强会增加
排污成本。因此，选择最佳的 pH为 3。
2． 4 吸附时间对吸附效果的影响
固定荔枝壳活性炭质量为 0． 04 g、Cr(Ⅵ)初始
质量浓度为 50 mg /L、pH为 3、吸附 θ为 25℃的条件
下，考察了吸附时间对吸附效果的影响，其结果见
图 4。从图 4 中可以看出，随着吸附时间的延长，活
性炭的吸附量和对 Cr(Ⅵ)的去除率均增加，当吸附
t达到 240 min 后，继续增加吸附时间，吸附量和去
除率变化均不再明显，说明吸附已基本平衡。这是
因为吸附开始阶段，主要发生在活性炭外表面的活
性位［15］，因此表现出快吸附，而随着表面活性位点
的减少，对 Cr(Ⅵ)的吸附速率也越来越低，直至达
到吸附平衡。因此，最佳的吸附 t为 240 min。
图 4 吸附时间对吸附的影响
荔枝壳活性炭对 Cr(Ⅵ)的吸附动力学可将实
验所得数据代入准一级动力学模型、准二级动力学
模型，并通过线性拟合参数获得。
准一级动力学表达式为:
dq
dt = K1(qe － qt) (3)
积分得:lg(qe － qt)= lgqe － K1 t (4)
准二级动力学表达式为:
dq
dt = K2(qe － q)
2 (5)
积分得:
t
qt
= 1
K2qe
2 +
t
qe
(6)
式中:t 为吸附时间，min;qe 为平衡吸附量，
mg /g;qt 为 t时间时的吸附量，mg /g;K1 是准一级吸
附速率常数，min －1;K2 是准二级吸附速率常
数，g /(mg·min)。
根据不同时间对吸附效果的影响，得出荔枝壳
活性炭的吸附方程更符合二级吸附动力学方程，如
图 5 所示。方程为 y = 0． 0277x + 1． 4042，Ｒ2 =
0． 9979。由回归方程可得到理论平衡吸附量 qe =
·04· Apr． 2014 Plating and Finishing Vol． 36 No． 4 Serial No． 253
36． 1 mg /g，准二级吸附速率常数 K2 = 5． 46 ×
10 －4g /(mg·min)。
图 5 荔枝壳对 Cr(Ⅵ)的吸附动力学方程
2． 5 温度对吸附效果的影响
固定荔枝壳活性炭质量为 0． 04 g、Cr(Ⅵ)初始
质量浓度为 50 mg /L、pH为 3、吸附 t为 240 min的条
件下，考察了吸附温度对吸附效果的影响，其结果
见图 6。
图 6 温度对 Cr(VI)吸附效果的影响
从图 6 中可以看出，随着吸附温度的升高，活性
炭的吸附量和对 Cr(Ⅵ)的去除率均增加，可见，吸
附反应为吸热反应，温度升高，有利于吸附。
这是因为温度的升高，溶液的粘度降低，溶液
中离子的平均动能增大［16］，有利于增加 Cr(Ⅵ)从
溶液主体到吸附剂表面甚至是吸附剂内部的扩散
系数，增大了单位吸附量。从图 6 中还可以看出，当
吸附 θ从 25℃上升到 50℃时，η 仅从 96． 8%上升
到97． 64%。因此，为了降低吸附操作费用，最佳的吸
附 θ为 25℃。
2． 6 吸附热力学
吸附热力学参数可由 Van t` Hoff关系式及 Gibbs
方程通过温度对吸附平衡的影响数据计算得到。
吸附分配系数被定义为:
K =
qe
Ce
(7)
ΔG = － ＲTlnK (8)
ΔG = ΔH － TΔS (9)
由式(8)和(9)可得:
lnK = ΔSＲ －
ΔH
ＲT (10)
因此 ΔH和 ΔS可通过上式的截距和斜率得到。
其中:K为吸附分配常数;Ｒ 为气体常数;T 为热力
学温度，K;ΔG 为吸附自由能，kJ /mol;ΔH 为吸附焓
变，kJ /mol;ΔS为吸附熵变，J /(mol·K)。根据实验
数据，按照式(8)对 lnK 和 1 /T 的关系进行拟合计
算，其结果见表 1。
表 1 荔枝壳活性炭对 Cr(Ⅵ)的吸附热力学参数
ρ0 /
(mg·L －1)
ΔH /
(kJ·mol －1)
ΔS /
(J·mol －1·K －1)
ΔG /(kJ·mol －1)
298K 303 K 308 K 313 K 318 K 323 K
50 10． 035 58． 15 － 7． 283 － 7． 591 － 7． 880 － 8． 165 － 8． 465 － 8． 735
从表 1 中可以看出，ΔH ＞ 0，说明荔枝壳活性炭
对 Cr(Ⅵ)的吸附是吸热反应，这与随着温度升高吸
附量增加一致，说明升高温度有利于吸附。不同温
度下的 ΔG都小于零，且温度越高，ΔG 越小，说明该
吸附过程是一个自发的过程，且温度越高自发的程
度越大，ΔS ＞ 0 说明吸附过程使得界面的无序性增
加，即该吸附是自发的吸热化学过程。
3 结 论
1)以荔枝壳为原料，氢氧化钠为活化剂，微波
加热，制备了荔枝壳活性炭。该活性炭对 Cr(Ⅵ)具
有较强的吸附能力，吸附含 Cr(Ⅵ)废水的最佳工艺
条件为:荔枝壳活性炭质量 0． 04 g、Cr(Ⅵ)初始质量
浓度 50 mg /L、pH = 3、吸附 θ 为 25℃、吸附 t 为
240 min 时，对 Cr(Ⅵ)吸附量可达 30． 25 mg /g，
Cr(Ⅵ)的去除率可达 96． 8%。
2)荔枝壳活性炭对 Cr(Ⅵ)的吸附动力学可以
利用准二级动力学模型来描述，通过线性拟合参数
得到吸附动力学方程为 y = 0． 0277x + 1． 4042，Ｒ2 =
0． 9979，理论平衡吸附量 qe = 36． 1 mg /g，准二级吸
附速率常数 K2 = 5． 46 × 10
－4g /(mg·min)。
3)热力学参数 ΔG、ΔH、ΔS 表明，荔枝壳活性炭
对 Cr(Ⅵ)的吸附过程是自发、吸热过程。
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