硝酸改性活性炭的制备及其吸附Cu2+、Cr6+的性能研究

摘要

重金属废水是对环境污染较为严重的工业废水之一。处理重金属废水的方法多种多样，活性炭吸附法是去除废水中重金属离子的常用方法。为了提高活性炭对重金属离子的去除效率，采用不同浓度的HNO3溶液对颗粒活性炭进行静置氧化/冷凝回流改性，以提高其吸附容量。
　　 分别采用比表面孔径分布测定仪、扫描电镜、傅立叶红外变换光谱等仪器及Boehm官能团滴定法，对改性前后活性炭的表面理化性质进行了表征。结果表明：30％N-GAC的比表面积为771.55m2/g，10％N-GAC的比表面积为762.29m2/g，GAC的比表面积为792.30m2/g，与未改性活性炭相比，比表面积分别减少了2.62％和3.78％。同时，改性后的活性炭，平均孔径和总孔容均有所减小。表面的酸性基团(羧基、内酯基、酚羟基)含量增加，30％N-GAC的酸性基团为0.72mmol/g，10％N-GAC的酸性基团为0.54mmol/g，分别是GAC的2.32倍和1.74倍。
　　 以含Cu2+、Cr6+的废水为处理对象，考察了吸附时间、投加量、pH值、初始浓度对吸附Cu2+、Cr6+的性能影响。结果表明：GAC吸附Cu2+的吸附平衡时间为3h，吸附Cr6+的吸附平衡时间为5h；对于浓度为10mg/L的Cu2+溶液，30％N-GAC的最佳投加量为3g/L，而GAC和10％N-GAC最佳投加量为5g/L，且在3g/L投加量下30％N-GAC对Cu2+的吸附去除率分别是10％N-GAC和GAC的1.56和2.06倍。对于浓度为10mg/L的Cr6+溶液，30％N-GAC、10％N-GAC和GAC的最佳投加量分别为4g/L、10g/L和12g/L；在4g/L的投加量下30％N-GAC对Cr6+的吸附去除率分别是是10％N-GAC和GAC的1.70和1.96倍。在pH=4～10范围内，提高pH值对三种吸附剂吸附Cu2+有利，但对吸附Cr6+不利；活性炭对Cu2+、Cr6+的吸附量随着金属溶液初始浓度的增加而增加，直至饱和，去除率随着溶液初始浓度的增加而降低。
　　 根据吸附Cu2+、Cr6+的试验结果，研究了其吸附机理及动力学规律。结果表明：30％N-GAC和GAC对Cu2+和Cr6+的吸附等温线都能较好地符合Langmuir等温吸附模型，两者对Cu2+和Cr6+的吸附均属于单分子层吸附。三种吸附剂吸附Cr6+的动力学过程与Lagergren伪二级速率方程拟合较好；30％N-GAC吸附Cu2+的动力学过程与Lagergren伪二级速率方程拟合较好，GAC和10％N-GAC对Cu2+吸附反应在前90min属于Lagergren伪一级反应，吸附90min后的反应属于Lagergren准二级反应，R2都在0.99以上。