全 文 ：第 7卷 第 1期 环境污染治理技术与设备 Vo l. 7 , No. 1
2 0 0 6年 1月 Technique s and Equipm en t fo rEnvironm en ta l Po llution Contro l Jan . 2 0 0 6
木屑和花生壳吸附去除水溶液中
Cr
3+的试验研究
周　隽　翟建平*　吕慧峰　李　琴
(南京大学环境工程系污染控制和资源化研究国家重点实验室 ,南京 210093)
摘　要　以废弃物木屑和花生壳作为吸附剂 ,进行了吸附去除水中 C r3+的试验。研究了溶液 pH 值 、初始 C r3+浓度以
及温度等因素对这 2种吸附剂去除 C r3+作用的影响 , 对吸附曲线作了线性拟合 ,确定了相应的平衡吸附率 ,在 C r3+初始浓
度为 1、5、10和 20 mg /L时 , 木屑对 C r3+的平衡吸附率为 81%、68%、 56%和 40%, 花生壳依次为 77%、63%、 53%和 42%,
并探讨了这 2种吸附剂对溶液中 C r3+的吸附机理。
关键词　木屑　花生壳　铬离子　吸附
中图分类号　X705　　文献标识码　A　　文章编号　1008-9241(2006)01-0122-04
Study on removing Cr
3+
from aqueous solution by sawdust and peanut husks
Zhou Jun　Zhai Jianp ing　Lu Huifeng　LiQ in
(S tate Key Laboratory of Po llu tion C on trol and Resou rce Reu se, Departm en t of Environm en tal Engineering, Nan jing Un iversity, Nan jing 210093)
Abstract　S tudy on the removal o fC r3+ from aqueous so lu tion by sawdust and peanu t husks. The e ffec ts of
pH value, initialC r3+ concen tra tion and tempera ture on adso rption have been investigated, adsorp tion curves lin-
ea r fit, ensured the correspondence equilib rium up take fo r the tw o adsorben ts. While the initial concentra tion of
C r
3+
is 1 , 5, 10, 20mg /L, the equ ilibrium uptake on sawdust is 81%, 68%, 56% and 40%, on peanut husks is
77%, 63%, 53%and 42% respec tively. The adso rp tionmechanism is also discussed.
Key words　sawdust;peanu t husks;chrom ium ion;adsorption
收稿日期:2004 - 10 - 31;修订日期:2005 -01 - 29
作者简介:周隽(1978～ ),女 ,江苏省扬州人 , 硕士研究生 ,主要从事
污水处理等方面的研究工作。
*通讯联系人 , E-m ail:jp zhai@ n ju. edu. cn
1　前　言
有效地去除废水中的重金属离子 ,是关系到人
类健康和生态环境安全的重要课题 ,其中含铬废水
的处理受到了广泛关注。含铬废水传统的处理方法
如化学沉淀法 ,是目前国内较常用的方法 ,适合处理
高浓度含铬废水 ,并且要消耗大量的化学试剂 ,达标
排放比较困难;离子交换法 、活性炭吸附等方法处理
含铬废水的效果较好 ,但处理成本较高。如何廉价
高效地处理低浓度含铬废水 ,仍是一个没有完全解
决的问题。
利用生物吸附法处理重金属废水是近年来发展
起来的一种方法 ,尤其适用于处理低浓度重金属废
水 ,同时 ,该方法具有吸附剂的原材料来源丰富 、吸
附效果好等优点 。特别是利用一些废弃物作为生物
吸附剂处理重金属废水 ,已引起了人们的日益关
注 [ 1] 。已有的研究表明 ,许多废弃物是很有效的生
物吸附剂 , 例如玉米棒 、废羊毛 、坚果壳和树皮
等 [ 2] 。这些材料价格低廉 ,其本身若不利用则需要
进行专门的处置 。
本文作者以木屑和花生壳这 2种废弃物作为生
物吸附剂 ,进行了吸附去除水中 C r3+的试验研究 ,其
中木屑是从木材加工行业易得的废弃物;花生壳则是
我国一种量大的农业废弃物 ,因为我国是花生生产大
国 ,年产花生近 1500万 t,每年副产花生壳约 500万
t,花生大多采用机械剥壳 ,花生壳容易收集 [ 3] 。
本文作者研究了溶液 pH值 、初始 C r3+浓度以
及温度等对木屑和花生壳吸附 C r3+作用的影响 ,对
其吸附曲线作了线性拟合 ,确定了相应的平衡吸附
率 ,并探讨了这 2种吸附剂对溶液中 C r3 +的去除机
理 。研究结果证实 ,利用木屑和花生壳处理含铬废
水的效果较好 ,是一种值得推广的方法。
2　材料与方法
2. 1　吸附剂
吸附剂为木屑和花生壳 ,均取自南京市郊区 ,取
第 1期 周　隽等:木屑和花生壳吸附去除水溶液中 C r3+的试验研究
回后用玛瑙研钵磨碎 , 经尼龙筛选出粒径介于
0. 45 ～ 0. 60mm的颗粒 ,在温度 40℃下烘干备用 ,未
经任何化学处理直接用于吸附试验。
2. 2　化学试剂
硝酸铬 (C r(NO3)3 9H2O)(分析纯 )加二次去
离子水配制浓度为 100 mg /L的 C r3+标准溶液 ,视
试验需要配制成各种浓度的吸附液 ,用氢氧化钠与
硝酸(分析纯 )调节溶液 pH值 ,溶液配制用水均为
二次去离子水。
2. 3　仪器与分析
SHA-A恒温振荡器 (金坛市正基仪器有限公
司 );pH计(美国奥立龙公司);电子天平;溶液和吸
附液的 C r3+浓度均在南京大学污染控制与资源化
研究国家重点实验室采用 H ITACH I LTD Z-8100型
原子吸收分光光度计 (AAS)测得。
2. 4　试验方案
取 100 mL一定浓度的 C r3 +溶液置于 250 mL
磨口三角瓶中 ,加入 0. 2 g木屑或花生壳 ,分别进行
振荡吸附时间 、溶液 pH值 、温度等对木屑和花生壳
吸附去除 C r3+作用影响的试验 。所有试验的振荡
速度均为 200 r /m in,在设定的振荡时间后取出吸附
液 ,经定量滤纸过滤后用 AAS测定吸附液中剩余的
铬离子浓度 ,空白试验表明 ,滤纸对铬离子的吸附未
检出 ,可以忽略不计。
3　结果和讨论
3. 1　吸附曲线
溶液中 C r3+的初始浓度分别为 1、 5、 10和
20mg /L时 ,木屑和花生壳对 C r3+的吸附率 (C 0 -
C) /C0随时间 t的变化曲线如图 1所示 ,曲线的形态
图 1　木屑和花生壳在一定 C r3+浓度溶液中的吸附率随时间变化趋势
F ig. 1　Pe rcent uptake o f C r3+ on sawdu st and peanu t husks at differen t tim es
显然类似于双曲线[ 4] 。
从图 1可以看出 ,木屑和花生壳在一定初始
C r
3+浓度溶液中的吸附率随时间变化趋势较相似 ,
在 60m in内 ,木屑和花生壳对 C r3 +的吸附率均上升
较快 , 60m in后则逐渐变慢 ,在 180 m in左右均接近
达到吸附平衡。
因此 ,在进行溶液 pH值和温度对木屑和花生
壳吸附 C r3+作用的影响试验时 ,选择振荡吸附时间
为 180m in。
3. 2　平衡吸附率
为了得到木屑和花生壳在一定 C r3 +浓度溶液
中的最终平衡吸附率 ,即 t→∞时的(C 0 -C) /C0 ,用
双曲线公式拟合 (C0 -C) /C0-t曲线:
C0 -C
C0
= t
a +bt (1)
式中 , a , b是常数 ,令 q=(C0 -C) /C0 ,并将式(1)改
写为式 (2):
q= 1
a /t+b (2)
式 (2)中 ,当 t→∞时 , q=1 /b,即 1 /b代表最终
平衡吸附率 。
为了得到 a , b值 ,将式 (2)变换成:
123
环 境 污 染 治 理 技 术 与 设 备 第 7卷
t
q
=a+bt (3)
以时间 t为横坐标 , t /q为纵坐标 ,绘制出木屑
和花生壳吸附 C r3+的 t /q-t曲线 ,如图 2所示 ,图中
直线的斜率即为 b[ 4] 。
由图 2可见 , t /q-t呈良好的线性关系 ,直线的斜
图 2　花生壳和木屑在一定初始 C r3+浓度溶液中的 t /q-t吸附变化曲线
F ig. 2　Equilib rium uptake of C r3+ on peanut husks and sawdust
率 b可直接从图中求出 , b的倒数 1 /b即为花生壳和
木屑在一定初始 C r3+浓度溶液中的最终平衡吸附率。
对 t /q-t曲线线性回归结果表明(表 1),上述对(C0 -
C) /C0-t曲线所作的双曲线假设是成立的。
表 1　花生壳和木屑在一定初始 C r3+浓度溶液中的
t /q-t吸附变化线性回归结果
Tab le 1　Regression param eters of Cr3+
浓度 a b 1
b
(%) R 2
1m g /L
木屑 21. 2382 1. 2391 81 0. 9999
花生壳 2. 9215 1. 2931 77 0. 9999
5m g /L
木屑 9. 1075 1. 4736 68 0. 9993
花生壳 6. 9511 1. 597 63 0. 9996
10 m g /L
木屑 6. 9633 1. 8018 56 0. 9997
花生壳 24. 547 1. 89 53 0. 9955
20 m g /L
木屑 10. 476 2. 4701 40 0. 9989
花生壳 3. 5394 2. 3931 42 0. 9998
由表 1结果可知 ,木屑和花生壳的平衡吸附率
随 C r3+初始浓度的增加均呈下降的趋势 ,当溶液初
始 C r3+浓度相同时 ,木屑和花生壳对 C r3 +的平衡吸
附率均较相近 ,且最低平衡吸附率均≥40%,其处理
效果可令人满意 。
3. 3　溶液 pH值对吸附的影响
溶液中铬的存在形式与溶液 pH值密切相关 ,
在溶液 pH值介于 2 ～ 6范围内时 ,溶液中的 C r3+主
要以 C r3+、C r(OH)2 +和 C r(OH)2+形式存在 [ 5] ,当
pH值 >6时 ,溶液中开始逐渐出现 C r(OH)3沉淀 ,
为了避免 pH 值增大导致的沉淀作用发生 , 将
20mg /L C r
3 +溶液的 pH值在 2 ～ 6范围内调节 ,分
析溶液 pH值对木屑和花生壳吸附去除 C r3+作用的
影响 ,结果如图 3所示 。
图 3　溶液 pH值对 C r3+吸附率的影响
F ig. 3　Effect o f pH on rem ova l o f C r3+
由图 3可知 ,溶液的 pH值对木屑和花生壳吸
附去除 C r3 +的作用有较大影响 ,在溶液的 pH值为 2
时 ,木屑和花生壳对 C r3+几乎没有吸附去除作用 ,
随着溶液 pH值的升高 ,两者对 C r3 +吸附率也呈相
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第 1期 周　隽等:木屑和花生壳吸附去除水溶液中 C r3+的试验研究
应升高趋势 ,并且两者对 C r3+吸附率随溶液 pH值
而变化的趋势也相类似。
上述现象表明 ,溶液的 pH 值较低时 , H +浓度
较大 , H +与溶液中的 C r3+竞争吸附剂表面有限的
吸附位点 ,导致吸附剂对 C r3+的吸附率较低;反之 ,
随着溶液的 pH值升高 , H +的竞争吸附能力降低 ,
表现为吸附剂对 C r3+的吸附率升高。也有人认为 ,
在 pH值较低的情况下 ,络合基团与水合氢离子表
现出更大的亲和性 ,从而阻止了金属离子的靠近 ,随
着 pH值的升高 ,络合基团暴露出更多的带负电荷
的位点 ,表现出与带正电荷的重金属离子的亲和性
增强 ,直接表现为吸附剂对重金属离子的吸附率的
升高[ 6] 。
3. 4　溶液温度对吸附的影响
溶液温度对木屑和花生壳吸附去除 C r3+作用
的影响如图 4所示 ,当溶液温度从 10℃升高到 40℃
时 ,木屑和花生壳对 C r3+吸附去除率略有提高;从
40℃升高到 50℃时 ,吸附去除率增加较明显。
图 4　溶液温度对 C r3+吸附率的影响
F ig. 4　Effec t of tem pe ra ture on remova l o f C r3+
通常可将吸附作用分为物理吸附和化学吸附 ,
其中化学吸附需要一定的活化能 ,当溶液温度升高
时 ,有利于化学吸附克服活化能的障碍 ,增强粒子内
扩散速率 ,从而提高吸附去除率 。与此相对照 ,木屑
和花生壳吸附去除 C r3 +作用同时存在物理吸附和
化学吸附作用。
3. 5　吸附机理探讨
目前 ,对木屑和花生壳吸附去除 C r3+的机理尚
不完全清楚 , C r3+与这 2种吸附剂表面分子间的作用
非常复杂 ,同时存在物理吸附和化学吸附作用 ,化学
吸附作用很可能主要以离子交换为主。木屑的主要
成分是木质素 、丹宁 、丹宁酸和其他酚类化合物 ,已有
研究表明 ,这些物质能够有效地捕获重金属离子 ,可
以推测木质素 、丹宁酸或其他酚类化合物是活性离子
交换化合物 ,活性位置是这些化合物的酚基[ 7] ;花生
壳则含有儿茶酚 、焦性没食子酸和间苯三酚等多元
酚 [ 8] ,由于酚羟基中的氢原子易与重金属离子交换 ,
因此花生壳作为重金属离子吸附剂 ,离子交换作用是
其具有较好吸附效果的一个重要因素。
4　结　论
(1)木屑和花生壳对 C r3+的吸附去除率与溶液
中 C r3+的初始浓度 、振荡吸附时间 、溶液的 pH值和
温度等因素有关。随着溶液中 C r3+初始浓度的增
加 ,木屑和花生壳对 C r3+的吸附率均呈现下降的趋
势 ,这 2种吸附剂对 C r3+ 3种初始浓度的溶液吸附
作用均在 180 m in左右就可达到吸附平衡 。
(2)木屑和花生壳的 C r3+吸附去除率随时间变
化曲线呈现典型的双曲线特征 ,通过对其线性拟合和
数学变换 ,可得到木屑和花生壳在一定 C r3+浓度溶液
中的最终平衡吸附率 ,在溶液的初始 C r3+浓度相同
时 ,这 2种吸附剂对 C r3+的平衡吸附率均较相近 ,最
低平衡吸附率均≥40%,其处理效果可令人满意 。
(3)溶液的 pH值对木屑和花生壳吸附去除
C r
3+的作用有较大影响 ,随着溶液 pH值升高 ,两者
对 C r3+吸附量也快速增加 ,这主要与 H +的竞争吸
附有关 。
(4)作为废弃物 ,木屑和花生壳来源广泛 ,价格
低廉。本次研究证实 ,利用木屑和花生壳吸附处理
含铬废水 ,其工艺简单 、去除效果较好 ,且吸附了
C r
3+的木屑和花生壳可用于制备轻质砖 ,避免 C r3+
对环境的二次污染 ,因此是一种值得继续试验研究
并推广的方法。
参 考 文 献
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