全 文 ：第 12M期
伍斌，郑毅.辣木树皮对Cr(Ⅵ)吸附性能的研究[J].环境科学与技术，2013，36（12M）：11-14. Wu Bin, Zheng Yi. Study on adsorptive performance of
chromium(Ⅵ)byMoringa oleiferabark[J].EnvironmentalScience&Technology，2013，36（12M）：11-14.
辣木树皮对Cr(Ⅵ)吸附性能的研究
伍斌 1， 郑毅 2*
（1. 攀枝花学院资源与环境工程学院； 2. 攀枝花学院生物与化学工程学院，四川 攀枝花 617000）
摘 要：采用废弃的辣木树皮，经加工处理后用于吸附去除水溶液中的 Cr(Ⅵ)，研究考察了辣木皮粉的用量、吸附时间、pH值、吸附
温度、Cr(Ⅵ)溶液初始浓度等因素对吸附效果的影响。结果表明，吸附量随着 pH值的增大而减小，随着吸附时间的延长、吸附温度的提高
而增大；辣木皮粉用量增加，吸附去除率提高；Cr(Ⅵ)溶液初始浓度增大，单位吸附量增加，吸附去除率下降。适宜的吸附条件为：辣木皮粉
用量 4.0 g/L，溶液初始浓度为 20 mg/L，pH值 1，温度 30 ℃，吸附时间 4 h，Cr(Ⅵ)吸附去除率可达 97.3%。研究表明，辣木皮粉对水中 Cr(Ⅵ)
有良好的吸附效果。
关键词：辣木； 树皮； 生物吸附剂； 六价铬
中图分类号：X703.5 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1003-6504.2013.12M.003 文章编号：1003-6504(2013)12M-0011-04
Study on Adsorptive Performance of Chromium(Ⅵ) by Moringa
oleifera Bark
WU Bin1, ZHENG Yi2*
（1. School of Resources and Environmental Engineering, Panzhihua University, Panzhihua 617000, China;
2. School of Biological and chemical Engineering,Panzhihua University, Panzhihua 617000, China）
Abstract：In this paper, the Moringa oleifera bark（MOB）was employed to be as biosorbent to remove Cr(Ⅵ) from aqueous
solution. The affecting factors on the adsorption of Cr (Ⅵ) from aqueous solution by MOB, such as pH, temperature, shaking
time, dosage of material, and initial concentration of Cr(Ⅵ), were investigated. The results showed that, the adsorptive capaci－
ty increases with the extension of time and rise of temperature, and decreases with the rise of pH. The removal rate of Cr (Ⅵ)
increases with the increment of MOB dosage, and decreases with the rise of initial concentration of Cr(Ⅵ).The suitable condi－
tions for the adsorption were as following: MOB, 4.0 g/L; Cr (Ⅵ) ion initial concentration of 20 mg/L;pH, 1; temperature 30 ℃;
shaking time, 4 h; Cr (Ⅵ) ion removal rate of up to 97.3%. Research showed adsorption efficiencies of Cr(Ⅵ) in aqueous so－
lution by MOB were good.
Key words：Moringa oleifera; bark; biosorent; chromium(Ⅵ)
Environmental Science & Technology
第 36卷 第 12M期
2013年 12月
Vol.36 No.12M
Dec. 2013
《环境科学与技术》编辑部：（网址）http://fjks.chinajournal.net.cn（电话）027-87643502（电子信箱）hjkxyjs@126.com
收稿日期：2013-03-11；修回 2013-05-31
基金项目：攀枝花市 2010年应用技术研究及开发项目（2010CY-S-8）
作者简介：伍斌(1981-)，女，硕士，讲师，主要研究方向为环境科学与技术；*通讯作者，男，硕士，副教授，（电子信箱）armmu@163.com。
铬是污染性金属元素，铬含量是水质污染控制的
一项重要指标，铬化合物中 Cr(Ⅵ)的毒性最大，有明
显的致畸、致突变、致癌作用，而且 Cr(Ⅵ)更易被人体吸
收，并在体内蓄积，导致癌症[1]。电镀废水含大量 Cr(Ⅵ)，
本地区攀钢集团等企业有大量的电镀废水需要处理，
电镀含铬废水传统方法一般采用化学沉淀法、离子交
换法、膜分离法、吸附法等，近年来生物吸附剂由于来
源丰富、可持续产生、价廉、无毒、无二次污染、高效等
优点，已成为一种越来越受到重视的重金属离子吸附
材料[2], 谢永彬等[3]报导利用甘蔗渣、林阳等[4]报导利
用黑荆树皮、魏华炜等[5]报导利用松树皮、杨剑梅等[6]
报导利用稻草秸秆吸附水溶液中 Cr(Ⅵ)均取得良好
吸附效果。辣木 (Moringa oleifera) 是一种原产于印度
西北部亚喜马拉雅山地区的多年生热带木本植物[7]，
目前已引种在金沙江干热河谷作为木本蔬菜进行大
面积种植[8]，辣木每年冬春时节要进行截干便于萌发
嫩枝叶，从而产生大量枝干、树皮等废弃物。辣木种子
作为天然生物絮凝剂已得到了广泛的研究和应用[9]，但
近来国外报导辣木树皮也是一种良好的生物吸附剂，
且成本低廉，目前的研究显示辣木树皮对水溶液中重
第 36卷
金属离子镍[10]、铅[11]具有较好的吸附功能。本文利用辣
木树皮为吸附材料，研究其对 Cr(Ⅵ)的吸附效果。
1 材料及方法
1.1 材料
1.1.1 试验材料及预处理
辣木树皮，于 2012年 3月采自攀枝花市干热河
谷特色生物资源工程技术中心示范种植基地内。经
60 ℃加热干燥后，粉碎至 40 目，用离子交换水洗涤 2
次，在 60 ℃下干燥 24 h，置于干燥器中存储备用。
1.1.2 主要试剂
重铬酸钾，AR（成都市联合化工试剂研究所）；二
苯碳酰二肼，AR（上海沪峰生化试剂有限公司）；丙
酮、硫酸、磷酸、氢氧化钠，均为 AR（成都科龙化工试
剂厂）。
1.1.3 主要仪器
FA2104S电子分析天平（上海恒平科学仪器有限
公司）；722可见分光光度计（上海菁华科技仪器有限
公司）；电热恒温干燥箱 202-2AB（北京中兴伟业仪器
有限公司）；HZT-2双层台式振荡器（哈尔滨市东联电
子技术开发有限公司）；FZ102型微型植物粉碎机（北
京中兴伟业仪器有限公司）；TGL-16G 台式离心机
（上海安亭科学仪器厂制造）；PHSJ-3F型数字酸度计
（上海精密科学仪器有限公司）；WPK-I-10超纯水机
（成都超纯科技有限公司）。
1.2 方法
1.2.1 试验方法
将 100 mL一定浓度的重铬酸钾溶液移入碘量瓶
中，向其中加入一定量干燥的辣木皮粉，调节 pH至所
需值，然后置于振荡器中在 150 r/min的条件下振荡，
一定时间后取样分析溶液中剩余重铬酸钾的浓度，考
察 Cr(Ⅵ)离子溶液初始浓度、辣木皮粉用量、溶液 pH
值、温度、吸附时间等因素对吸附效果的影响[12]。
1.2.2 分析方法
水中 Cr(Ⅵ)的测定采用二苯碳酰二肼分光光度
法[13]。
1.2.3 辣木皮粉吸附性能的评价
辣木皮粉吸附性能用 Cr(Ⅵ)的去除率来评价，去
除率的计算公式为：
η= C0-CC0
×100％ （1）
式（1）中：η 为吸附去除率（%）；C0、C 分别为吸
附前、后的 Cr(Ⅵ) 离子质量浓度( mg/L ) ；
吸附量的计算公式为：
q= C0-! C Vm （2）
式（2）中：q为吸附量( mg/g )；V为处理溶液的体
积( L )；m为吸附剂质量( g )；C0、C含义同公式（1）。
2 结果及分析
2.1 辣木皮粉吸附 Cr(Ⅵ)的单因素实验
2.1.1 辣木皮粉用量对 Cr(Ⅵ)吸附效果的影响
在吸附温度为 25 ℃，初始浓度为 50 mg/L，初始
pH值为 3，吸附时间为 3 h条件下，辣木皮粉用量对
Cr(Ⅵ)吸附效果的影响见图 1。当辣木皮粉的用量小
于 3.0 g/L，随着辣木皮粉用量的增加，Cr(Ⅵ)的去除
率快速上升；当辣木皮粉的量达到 4.0 g/L时去除率
达到了 67.2%，单位吸附量达到了 8.4 mg/g，说明辣木
皮粉对 Cr(Ⅵ)具有较高的吸附活性。此后随着辣木皮粉
用量的增加，Cr(Ⅵ)的吸附率增加缓慢，原因是 Cr(Ⅵ)
的浓度变稀，吸附几率减小，同时吸附剂的溶解性下
降，吸附剂自身粘附在一起，导致吸附剂与溶液接触
的表面积减少，降低了有效的吸附表面。因此，4.0 g/L
是吸附剂的最佳用量。
2.1.2 吸附时间对 Cr(Ⅵ)吸附效果的影响
在辣木皮粉用量 4.0 g/L，吸附温度为 25 ℃，Cr(Ⅵ)
初始浓度为 50 mg/L，初始 pH值为 3，吸附时间对 Cr(Ⅵ)
吸附效果的影响见图 2。辣木皮粉对 Cr(Ⅵ)的去除率
随着吸附时间的延长逐渐增大，在 4 h时 Cr(Ⅵ)的去
除率达到 71.8%，以后再延长吸附时间去除率增加的
幅度不大，说明辣木皮粉对 Cr(Ⅵ)的吸附在 4 h时基
本达到吸附平衡。开始时吸附较快可能是由于 Cr(Ⅵ)
主要吸附在辣木皮粉的表面，随着吸附时间的延长，
溶液中 Cr(Ⅵ)的浓度减小，而且要通过进入辣木皮粉
的孔隙才能被吸附，由于 Cr(Ⅵ)通过辣木皮粉的扩散
速度减慢，吸附率随时间缓慢增加，直至达到吸附平
衡。为保证达到吸附平衡，最佳吸附时间为 4 h。
2.1.3 初始 pH 值对 Cr(Ⅵ)吸附效果的影响
在辣木皮粉用量 4.0 g/L，吸附温度为 25 ℃，Cr(Ⅵ)
初始浓度为 50 mg/L，吸附时间为 3 h条件下，溶液初
始 pH 值对 Cr(Ⅵ)吸附效果的影响见图 3。随着 pH值
12
第 12M期 伍斌，等 辣木树皮对 Cr(Ⅵ)吸附性能的研究
的增加，Cr(Ⅵ)的去除率逐渐减小，pH=1时溶液中 Cr(Ⅵ)
几乎去除完全，而当 pH=7 时，Cr(Ⅵ)的去除率只有
9.6%，而当 pH=10时，Cr(Ⅵ)的去除率只有 3.1%，可见
pH值对吸附效果的影响比较显著。其原因可能是 pH
值对溶液中 Cr(Ⅵ) 的存在形态有直接影响。通常溶液
中的 Cr(Ⅵ)以 HCrO4-、CrO42-和 Cr2O72-形态存在，各种
形态的比例取决于溶液的 pH 值。当 pH<2 时，以
Cr2O72-形态为主；pH=3～4时，主要以 HCrO4-和 Cr2O72-
形态存在；pH=5～6时，以 HCrO4-、CrO42-2 种形态存
在；pH>7时，以 CrO42-为主。在低 pH范围，HCrO4-、
CrO42-和 Cr2O72-主要以静电方式吸附到质子化的吸附
位点上，pH越低，吸附剂表面氢离子越多，吸附剂对
Cr(Ⅵ)吸引力越大。在 pH=1时效果最好，是由于 pH=
1时，溶液中以 Cr2O72-为主，是其他形态铬的 2倍，因
此，在低范围 pH时，Cr(Ⅵ)的去除率很高。电镀废水
的 pH值低，通常为 1～4，所以，辣木皮粉比较适合处
理该类废水，处理时无需调节 pH值。
2.1.4 温度对 Cr(Ⅵ)吸附效果的影响
在辣木皮粉用量 4.0 g/L，初始 pH 值为 3，Cr(Ⅵ)
初始浓度为 50 mg/L，吸附时间为 3 h条件下，吸附温
度对 Cr(Ⅵ) 吸附效果的影响见图 4。在 15～45 ℃范围
内，辣木皮粉对 Cr(Ⅵ)的吸附率随温度升高而升高，
15 ℃时，Cr(Ⅵ)的去除率达到 55.8%，到 30 ℃时，Cr(Ⅵ)
的去除率达到 74.7%，到 45 ℃时，Cr(Ⅵ)的去除率达
到 84.6%，可见温度对吸附效果的影响也比较显著。从
吸附动力学分析，当溶液温度升高时，含铬阴离子运
动加剧，提高了外扩散和内扩散速度，同时有利于克
服化学吸附活化能的障碍。另外，温度升高辣木皮粉
中的少量有机组织分解，可暴露出更多的吸附位点。
由于 45 ℃条件下吸附，需要加热，在实际废水处理过
程中增加了成本，而 30 ℃也几乎达到了较为理想的
吸附效果，故试验确定 30 ℃为理想吸附温度。
2.1.5 初始浓度对 Cr(Ⅵ)吸附效果的影响
在辣木皮粉用量 4.0 g/L，初始 pH 值为 3，吸附温
度为 25 ℃，吸附时间为 3 h条件下，Cr(Ⅵ)初始浓度
对 Cr(Ⅵ)吸附效果的影响见图 5。初始浓度为 10 mg/L
的 Cr(Ⅵ)溶液，辣木皮粉的吸附率可达 79.8%，初始浓
度为 20 mg/L，吸附率的下降并不明显，仍可到
76.2%；此后随着 Cr(Ⅵ)初始浓度的增加，辣木皮粉对
Cr(Ⅵ)的吸附率大幅减小，初始浓度为 60 mg/L，去除
率下降到 61.6%；初始浓度为 120 mg/L，去除率下降
到 41.8%，由此可见，辣木皮粉适合处理低浓度的含铬
废水，20 mg/L是比较适宜的初始浓度。与此同时，单
位用量的辣木皮粉对 Cr(Ⅵ)的吸附量随着 Cr(Ⅵ)初始
浓度的升高而升高，初始浓度为 10 mg/L，单位吸附量
为 1.995 mg/g；初始浓度为 20 mg/L，单位吸附量为
3.81 mg/g；初始浓度为 60 mg/L，单位吸附量为 9.24
mg/g；初始浓度到达 120 mg/L以后，单位吸附量为
12.54 mg/g,吸附接近饱和，之后单位吸附量几乎不再
增加。
2.2 最佳条件下辣木皮粉吸附 Cr(Ⅵ)的动力曲线
在辣木皮粉用量 4.0 g/L，初始 pH 值为 1，吸附温
度为 30 ℃，吸附时间为 4 h条件下，Cr(Ⅵ)初始浓度
为 20 mg/L，吸附 Cr(Ⅵ)的动力曲线见图 6。辣木皮粉
对 Cr(Ⅵ)的吸附速率很高，吸附 0.5 h时，其吸附率为
53.6%，1 h 时为 76.1%，2 h 时为 87.2%，3 h 时达
13
第 36卷
93.5%，4 h时吸附率达 97.3%，吸附达到了平衡。辣木
皮粉对 Cr(Ⅵ)的吸附大致可分为 3个阶段：0～1 h为
快速吸附阶段，在此阶段，辣木皮粉对 Cr(Ⅵ)的吸附
率很快达到 76.1%，平均吸附速率为 3.805 mg/(g·h)；
1～4 h为慢速吸附阶段，该阶段辣木皮粉对 Cr(Ⅵ)的
吸附率由 76.1%升至 97.3%，吸附速率变缓，平均吸附
速率为 0.353 mg/(g·h)；4 h后基本维持平衡。辣木皮
粉对 Cr(Ⅵ)的吸附动力学曲线对处理含铬废水具有
重要指导意义，如对低浓度的含铬废水可利用曲线的
快速阶段；而对 Cr(Ⅵ)浓度较高的废水可采用慢速阶
段。
3 结论及讨论
（1）通过试验研究，证明了辣木皮粉对水中的 Cr(Ⅵ)
离子有良好的吸附效果。辣木皮粉用量、吸附时间、pH
值、吸附温度、Cr(Ⅵ)离子溶液初始浓度等因素对吸附
效果均有一定的影响。适宜的吸附条件为：辣木皮粉
用量 4.0 g/L，pH值 1，温度 30 ℃，吸附平衡时间 4 h，
Cr(Ⅵ)离子溶液初始浓度 20 mg/L，吸附去除率可到
97.3%。
（2）据资料[14]显示，辣木树皮含有大量的木质素、
氨基酸、黄酮类、单宁酸、类固醇和生物碱类物质，辣
木树皮经干燥粉碎以后，有大量不对称的毛孔和开放
的孔隙结构，同时暴露出有大量的羟基、羧基、羰基、
巯基官能团可以锚定金属离子，从而实现金属离子吸
附。
（3）辣木在干热河谷年生物量产出很高 [15]，利用
辣木种植过程中的树皮废弃物制备生物吸附剂，技术
与设备要求简单，成本低廉，用于吸附含 Cr(Ⅵ)等重
金属离子的工业废水吸附效果良好，具有一定的应用
前景。
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