全 文 ：第 40 卷第 10 期
2011 年 10 月
应 用 化 工
Applied Chemical Industry
Vol． 40 No． 10
Oct． 2011
收稿日期:2011-08-01 修改稿日期:2011-08-14
基金项目:中国纺织工业协会项目(2008036)
作者简介:赵晖(1968 －) ，女，湖北武汉人，武汉纺织大学副教授，硕士，主要从事环境工程专业的教学与科研工作。电话:
15327215801，E － mail:2002zhaohui@ wtu． edu． cn
改性农业废弃物花生壳对含铬重金属
废水的吸附处理
赵晖1，廖雄1，周子强1，刘祥1，汤明霞1，李婳2
(1．武汉纺织大学 环境工程学院，湖北 武汉 430073;2．华中师大一附中，湖北 武汉 430223)
摘 要:对改性花生壳处理含 Cr6 +废水进行了研究，考察了吸附时间、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，在吸附时间为 100 min，改性花生壳投加量为 5． 0 g /L，pH 值为 2． 0，Cr6 +溶
液初始浓度为 25 mg /L，常温的条件下，硝酸改性花生壳比磷酸改性花生壳吸附效果好，硝酸改性花生壳吸附率达
到 87%，磷酸改性花生壳为 76%。改性花生壳是一种较高效的重金属离子吸附剂。
关键词:花生壳;改性;Cr6 +;吸附
中图分类号:X 703． 1;X 131． 2;TS 190 文献标识码:A 文章编号:1671 － 3206(2011)10 － 1741 － 04
Study on the adsorption of modified peanut
shell for Cr6 + in wastewater
ZHAO Hui1，LIAO Xiong1，ZHOU Zi-qiang1，LIU Xiang1，TANG Ming-xia1，LI Hua2
(1． School of Environment Engineering，Wuhan Textile University，Wuhan 430073，China;
2． NO． 1 Middle School Affiliated to Central China Normal University，Wuhan 430223，China)
Abstract:Treatment of Cr6 +-containing wastewater modified by peanut shell was studied． The influence of
adsorption time，amount of modified peanut shell，pH value and initial concentration on its adsorption to
Cr6 + in water were examined． The experimental results showed that under the following optimization condi-
tions of adsorption time 100 min，the dosage of modification woodflour 5． 0 g /L，pH 2． 0，initial concentra-
tion 25 mg /L and room temperature，the adsorption rate of Cr6 + could be up to 76% ． The results indicated
that modified peanut shell was a kind of good and cost effective adsorbent．
Key words:peanut shell;modification;Cr6 +;adsorption
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 Cr(Ⅲ)和 Cr(Ⅵ)存在。含铬废水中的铬主要以
Cr(Ⅵ)化合物存在，与 Cr (Ⅲ)相比，Cr(Ⅵ)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 Cr (Ⅲ)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，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
应用化工 第 40 卷
性和利用提供了物质基础，本文以花生壳作为吸附
剂，对 Cr(Ⅵ)的吸附影响因素进行了研究。
1 实验部分
1． 1 试剂与仪器
花生壳;HNO3、H3PO4、HCl、NaOH均为分析纯;
K2Cr2O7，优级纯。
800 型摇摆式中药粉粹机;DHG-9123A 电热恒
温鼓风干燥烘箱;JJ-8 型六联定时电动搅拌器;
PHS-4 型酸度计;WFZ UV-2100 型紫外可见分光光
度计。
1． 2 花生壳的处理
1． 2． 1 预处理 花生壳粉碎后过筛，选出粒径介于
0． 25 ～ 0． 50 mm的颗粒，用去离子水浸泡 24 h，去除
悬浮细小物质和可溶性物质，在 80 ℃烘干后放入干
燥器中，备用。
1． 2． 2 改性 称取 200 g 花生壳，置于 2． 5 L 大烧
杯中，加入 500 mL 浓度为 1 mol /L 的磷酸溶液(或
硝酸溶液) ，搅拌 l h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 0． 282 9 g，用
蒸馏水溶解后，移入 1 000 mL 容量瓶中，用水稀释
至标线，摇匀。此标准储备液的 Cr(VI)浓度为
100 mg /L。
1． 4 实验方法
在 20 ℃时，将不同浓度的 Cr6 +溶液 200 mL 置
于 250 mL烧杯中，用 1． 0 mol /L 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 150 r /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。
η =［(A0 － Ae)/A0］× 100%
式中 η———Cr6 +的吸附率，%;
A0，Ae———分别为 K2Cr2O7 废水中 Cr
6 +的初
始浓度和平衡时的吸光度。
2 结果与讨论
2． 1 吸附时间对吸附的影响
将浓度为 100 mg /L 标准 Cr6 +储备液稀释至浓
度为 25 mg /L，取该浓度溶液 200 mL，置于烧杯中，
加入 1． 0 g花生壳，于 20 ℃、150 r /min 水浴恒温振
荡器中振荡不同的时间后，静置 10 min。过滤，测定
滤液的吸光度，吸附率随时间的变化见图 1。
图 1 吸附时间对吸附的影响
Fig． 1 Effect of time on the adsorption of Cr(Ⅵ)
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 ＞磷酸改性花生壳 ＞
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 100 min 后，吸附
率随时间的变化不大。100 min时，硝酸改性花生壳
和磷酸改性花生壳吸附率分别达到 71%和 68%，未
改性花生壳只有 11%。该现象说明花生壳对 Cr6 +
的吸附，100 min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
100 min。
2． 2 吸附剂用量对吸附性能的影响
分别称取不同质量的花生壳于烧杯中，加 200 mL
浓度为 25 mg /L的 Cr6 +溶液，于 20 ℃、150 r /min水浴
恒温振荡器中振荡100 min，静置10 min。过滤，测定滤
液的吸光度。花生壳的用量对 Cr6 +吸附效果的影响见
图 2。
图 2 吸附剂用量对吸附的影响
Fig． 2 Effect of adsorbent dosage on the adsorption of Cr(Ⅵ)
由图 2 可知，随着花生壳用量的增多，对 Cr6 +
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第 10 期 赵晖等:改性农业废弃物花生壳对含铬重金属废水的吸附处理
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
5 g /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，故可选取用量为 5 g /L。此时，
硝酸改性花生壳和磷酸改性花生壳吸附率均超过
68%。
2． 3 初始 Cr6 +浓度对吸附的影响
称取 1． 0 g 花生壳于烧杯中，加 200 mL不同浓
度的 Cr6 +溶液，于 20 ℃、150 r /min水浴恒温振荡器
中振荡 100 min，静置 10 min。过滤，测定滤液的吸
光度，初始 Cr6 +浓度对含 Cr6 +废水吸附效果的影响
见图 3。
图 3 溶液初始浓度对吸附的影响
Fig． 3 Effect of initial concentraion on the adsorption
of Cr(Ⅵ)
由图 3 可知，花生壳对 Cr6 +的吸附率随着 Cr6 +
浓度的增加而下降，当 Cr6 + 初始质量浓度小于
25 mg /L 时，吸附率维持较高。因为溶液中的铬主
要以 HCrO4
－形式存在，并且 HCrO4
－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 HCrO4
－所占百分比会降低，Cr2O7
2 －
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 25 mg /L 时，硝酸改
性花生壳吸附率达到 71%，磷酸改性花生壳也达到
68%，而未改性花生壳吸附率仅为 11%。Cr6 +初始
质量浓度为 5 mg /L、15 mg /L 的吸附率与25 mg /L
时相近，故优化吸附条件可选择为 25 mg /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． 0 g(即 5 g /L)的花生壳于烧杯中，加入 200 mL浓
度为 25 mg /L 的 Cr6 +溶液，用浓度为 0． 10 mol /L
的 NaOH 或 HCl溶液调节体系 pH至 1． 0 ～ 10． 0，于
20 ℃、150 r /min水浴恒温振荡器中振荡 60 min，静
置 10 min。过滤，测定滤液的吸光度。体系 pH 值
对 Cr6 +吸附效果的影响见图 4。
图 4 pH值对吸附的影响
Fig． 4 Effect of the pH value on the adsorption of Cr(Ⅵ)
由图 4 可知，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、磷酸改
性花生壳、硝酸改性花生壳分别达到 34%，77%和
89%;当体系 pH 为 2． 0 时，未改性花生壳、磷酸改
性花生壳、硝酸改性花生壳对 Cr6 +的吸附率也分别
达到 35%，76%和 87%。pH 为 1． 0 和 2． 0 时的吸
附率相差不大，可以考虑选择 pH = 2． 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 Cr(VI)主要
以 HCrO4
－、Cr2O4
2 －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—NH3
+、—OH2
+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 Cr(VI)仍然以 HCrO4
－，Cr2O4
2 －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
面带正电荷的功能基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 Cr(VI)在溶液中的形态分布发生变
化，导致 Cr2O4
2 －的数目增多，HCrO4
－的数目减小，
从而使得 Cr2O4
2 －成为占优势的铬阴离子。这两方
面的原因最终导致了 Cr(VI)吸附率的减小［4］。总
之，pH值对溶液中 Cr(VI)的形态分布和花生壳表
面功能基团所带电荷有显著的影响。
2． 5 吸附过程反应级数
吸附动力学的结果见图 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，100 min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，得:
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应用化工 第 40 卷
lg(qe － qt)= lgqe － kad· t / 2． 303
式中，qe和 qt 分别为吸附平衡时和 t 时间的吸附量
(mg /g) ;kad是速率常数，其值可由 lg (qe － qt)对 t
作图所得直线方程的斜率求得。Cr6 +吸附的 Lange-
rgren图见图 5，未改性花生壳吸附 Cr6 +、硝酸改性
花生壳吸附 Cr6、磷酸改性花生壳线性吸附 Cr6 +相
关系数 R2 分别为 0． 956，0． 838 2，0． 916 4，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。
图 5 花生壳吸附的 Langergren方程
Fig． 5 Langergren for Cr(Ⅵ)adsorption onto peanut shell
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，用硝酸和磷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)磷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 100 min，花生壳
用量为 5 g /L，Cr6 + 初始质量浓度为 25 mg /L，
pH =2。
(3)在优化条件下，硝酸改性花生壳的吸附效
果略好于磷酸改性花生壳，硝酸改性花生壳吸附率
达到 87%，磷酸改性花生壳为 76%。说明不同的改
性条件，对吸附率有不同的影响。
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(上接第 1740 页)
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