pH值、离子强度和共存离子对活性炭吸附C（rVI）的影响*

范明霞，赵春玲

（湖北工业大学 a.太阳能高效利用湖北省协同创新中心;b.材料与化学工程学院，湖北 武汉 430068）

pH值、离子强度和共存离子对活性炭吸附C（rVI）的影响*

范明霞a,b，赵春玲a,b

（湖北工业大学 a.太阳能高效利用湖北省协同创新中心;b.材料与化学工程学院，湖北 武汉 430068）

为更好地使活性炭处理含铬废水，研究了pH值、离子强度和共存离子对活性炭吸附Cr（VI）的影响。由于Cr（VI）在水溶液中的形态分布受到pH值显著影响，研究发现对吸附Cr（VI）适宜的pH值为3。随离子强度的增大，活性炭对Cr（VI）的吸附量减小。共存离子Cd（II）使Cr（VI）吸附量降低。

活性炭；Cr（VI）；吸附；离子强度；共存

近年来环境污染问题已成为人们最关注的问题之一。随着工业的发展，铬污染日趋严重，含铬废水的大量排放，对土壤和水体造成严重污染，直接影响了人类生活。Cr（VI）在水体中具有很强的氧化能力和迁移能力，并且可以通过细胞膜及氧化生物分子扩散渗入细胞内[1]。六价铬中毒严重时会使循环系统衰竭，失去知觉，甚至死亡[2]。除对人体外，铬对环境亦有很大影响。当Cr（VI）浓度大于200mg·L-1时，就可导致大部分水生动植物死亡[3]。

吸附是影响环境中污染物迁移转化的一个重要过程。pH值是吸附过程的重要影响因素，吸附剂表面化学性质和吸附质离子形态与其密切相关[4-8]。活性炭吸附重金属阳离子通常有以下两种作用方式：非专性吸附和专性吸附。非专性吸附又叫离子交换吸附，专性吸附又叫选择性吸附或配位吸附，研究离子强度对吸附的影响是区分非专性吸附和专性吸附作用方式的一种非常简便的手段[9-11]。此外，在重金属复合污染体系中，重金属离子之间的相互作用可能会影响活性炭对重金属离子的吸附特性，导致与单一重金属吸附特性不一致。

本文研究了pH值、离子强度和共存离子对活性炭吸附Cr（VI）的影响，以探讨Cr（VI）在活性炭上的吸附过程，为活性炭用于含铬废水的处理提供参考数据。

1 实验部分

1.1 吸附剂

吸附剂为自制中孔活性炭，具体制备工艺参照文献[12]。中孔活性炭过100目筛，用去离子水反复洗涤至pH值为7.0，在烘箱中120℃下干燥24h后放入干燥器中待用。活性炭比表面积、总孔容积、中孔容积分别为 1357m2·g-1、0.910mL·g-1和 0.704mL·g-1，活性炭零电荷点为7.82。

1.2 实验方法

1.2.1 pH值对活性炭吸附Cr（VI）的影响 取50mL质量浓度为50mg·L-1的用重铬酸钾配制的Cr（VI）溶液，用0.1MH2SO4/NaOH调节溶液pH值，加入0.1g活性炭，控制30℃吸附一定时间后过滤，测定滤液中Cr（VI）的质量浓度。

1.2.2 离子强度对活性炭吸附Cr（VI）的影响 配制50mL质量浓度为50mg·L-1的Cr（VI）溶液，选取硝酸钠作为电解质，使其浓度范围为0～0.8mol·L-1，调节Cr（VI）溶液pH值为3，称取0.1g活性炭，置于30℃的水浴中振荡24h，过滤后测定滤液中Cr（VI）的质量浓度。

1.2.3 共存离子对活性炭吸附Cr（VI）的影响 配制50mL质量浓度为50mg·L-1的Cr（VI）溶液，选取Cd（II）作为共存离子，按与 Cr（VI）的质量浓度比分别为 0、1、2、3、4 加入到 Cr（VI）溶液中，调节溶液pH值为3，称取0.1g活性炭，置于30℃的水浴中振荡24h，过滤后测定滤液中Cr（VI）的质量浓度。

1.2.4 Cr（VI）浓度分析 Cr（VI）采用分光光度法测定，根据标准曲线由吸光度得出对应的溶液浓度[13,14]。

以上试验均重复3次，根据3次数据求得平均值作为最终数据。

2 结果与讨论

2.1 pH值对活性炭吸附Cr（VI）的影响

pH值对Cr（VI）吸附性能的影响见图1。

图1 pH值对吸附的影响Fig.1 Effect of pH on adsorption

由图1可以看出，pH值对Cr（VI）吸附性能有明显影响，pH 值越大 Cr（VI）吸附量越小。Cr（VI）在溶液中的形态受溶液pH影响明显，因此需考虑C（rVI）的存在形态与pH的关系。

水溶液中C（rVI）主要存在形式为H2CrO4、CrO24-、HCrO-4和Cr2O27-，各种形态的分布受到pH值强烈影响[15]。根据不同形态六价铬转换反应和平衡常数（25℃）。

由上述反应式可知，Cr（VI）在水中大多数以溶解状态存在，迁移能力较强，难于沉淀。当pH值小于0.8，H2CrO4是主要的存在形态；当 pH值在0.8～6.5 之间，Cr（VI）主要以 HCrO-4形态存在；当pH值大于6.5，C（rVI）主要以CrO24-的形态存在。在较低pH 值和较高总铬浓度下（＞1 g·L-1），Cr2O27-占据优势地位。可见，C（rVI）主要以HCrO-4、CrO24-和 Cr2O2

7-等阴离子形式存在于水溶液中。

测定的活性炭零电荷点为7.82，在中酸性条件下活性炭表面带正电荷。阴离子形式的Cr（VI）和带正电荷的活性炭表面因异性电荷相互吸引使吸附作用增强，同时强酸性溶液中大量的H+能中和活性炭表面负电荷减少Cr（VI）扩散的阻碍。随着溶液pH值的增加，溶液中OH-增多，活性炭表面含氧官能团与OH-发生作用使活性炭表面带负电荷，同性相斥导致吸附作用减弱，同时OH-与阴离子形式的Cr（VI）在活性炭表面产生竞争吸附，亦使吸附效果降低[16]。

2.2 离子强度对活性炭吸附Cr（VI）的影响

图2表示离子强度对Cr（VI）在活性炭上吸附的影响。

图2 离子强度对吸附的影响Fig.2 Effect of ionic strength on adsorption

由图2可知，活性炭对Cr（VI）的吸附量随离子强度的增大而减小，离子强度较高时对Cr（VI）吸附有明显的抑制作用。离子强度的增加使离子间相互作用力增强，Cr（VI）活度系数降低，阻碍了 Cr（VI）从溶液主体扩散到活性炭表面。离子强度的增加使Cr（VI）有效浓度减小，活性炭与Cr（VI）的静电引力减弱，亦使得吸附量降低[17]。

2.3 共存离子对活性炭吸附Cr（VI）的影响

共存离子对活性炭吸附Cr（VI）的影响见图3。

图3 共存离子对吸附的影响Fig.3 Effect of coexistence ion on adsorption

从图3可以看出，阳离子形式的Cd（II）共存与单独 Cr（VI）存在时相比，Cr（VI）吸附量略有降低，且随着 Cd（II）浓度增加，Cr（VI）吸附量降低程度增加，降低幅度0.42%～6.65%。Cd（II）的存在使得溶液中离子浓度增加导致吸附过程中扩散阻碍，使Cr（VI）吸附量降低，且 Cd（II）浓度增加，该影响越明显。

3 结论

（1）pH值对活性炭吸附Cr（VI）有重要影响，对Cr（VI）吸附适宜的 pH 值为 3，这是因为 Cr（VI）在水溶液中形态分布受到pH值显著影响，同时pH值还控制着活性炭表面带电状况。

（2）离子强度对活性炭吸附Cr（VI）有明显影响，随离子强度的增大，活性炭对Cr（VI）的吸附量减小，吸附过程受离子交换控制。

（3）吸附过程受到共存离子的影响，共存离子Cd（II）存在时，对活性炭吸附 Cr（VI）的影响是使吸附量略有减少。

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Effect of pH,ion strength and coexistence ion for Cr（VI）adsorption on activated carbon*

FAN Ming-xiaa,b,ZHAO Chun-linga,b
（a.Hubei Collaborative Innovation Center for High-efficiency Utilization of Solar Energy;b.College of Material and Chemical Engineering,Hubei University of Technology,Wuhan 430068,China）

In order to better apply activated carbon to treat chromium wastewater，the influences of pH,ion strength and coexistence ion for Cr（VI）adsorption were studied.Since hydroxy complex ions of Cr（VI）in aqueous solution were found to be strongly determined by pH,the results showed that favorable pH value of Cr（VI）adsorption was 3.The adsorption capacities decreased with the increase of ion strength.Cr （VI） adsorption capacities could be decreased by coexistence ion Cd（II）.

activated carbon；chromium ion；adsorption；ion strength；coexistence

O647.3

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20171025

2017-07-24

湖北省教育厅科学技术研究项目（Q20161409）；湖北工业大学博士科研启动基金（BSQD14001）；绿色轻工材料湖北省重点实验室开放基金面上项目（省重点实验室科〔2013〕2号）

范明霞（1979-），女，博士，讲师，研究方向：功能性活性炭制备及应用、重金属污染防治。