当前世界环境

介绍

重金属污染对人类健康、动物和植物构成威胁，主要由工业化及其后果造成(Park，et al .,2007)．在各种重金属中，铬及其化合物的污染是一个值得关注的问题。这种金属具有很高的活性，广泛应用于制革、电镀、金属涂饰和铬酸盐制备工艺(Parvathi和Nagendran, 2007)。因此，从废水中去除金属铬对创造无污染的环境非常重要。

物理和化学方法用于处理金属铬废水(Stafiej和Pyrzynska, 2007年)。通过活性炭吸附去除废水中的铬是一种有效且昂贵的工艺(Mohan and Pittman, 2006)。因此，经济和环保技术是重点(Volesky, 2007)。吸附法用于从废水中去除金属铬，而不是物理和化学方法(Gode和Pehlivan, 2005)。它是一种常用的废水除铬技术。在各种吸附剂中，最近研究了用滤饼去除废水中的铬。文献综述表明，目前以滤饼为吸附剂的除铬工艺研究较少。

以制糖厂滤饼为原料，在初始铬溶液pH和铬浓度的影响下，采用分批法去除铬(Cr(VI))。采用Langmuir和Freundlich吸附等温线模型对平衡数据进行分析。

表1:滤饼吸附铬的等温线常数及相关系数 点击这里查看表格

材料和方法

吸附剂

从制糖业获得的滤饼是从印度维鲁普兰Mundiyambakam Co- operative Sugars Limited收集来的。用间氯苯甲酸和氯仿在60℃处理^oC浸泡24小时，氧化附着的有机物。然后用蒸馏水洗涤并干燥。氧化滤饼被磨成粉末，磨碎，并筛到所需的粒度。从原液中制备了实验用的铬(Cr(VI))溶液。

表2:滤饼吸附铬离子的一级和二级速率常数，计算值和实验值 点击这里查看表格

批处理的研究

通过间歇试验，获得了从水溶液中去除铬的最佳操作条件。吸附实验是在室温下150 rpm的旋转振动筛中进行的。制备铬溶液，在30°C下得到所需的铬浓度。将称量的干燥滤饼加入铬溶液中。取不同时间间隔的样品，10000 rpm离心10 min，用紫外分光光度计测定上清液的吸光度。

图1:pH对滤饼吸附铬的影响 点击这里查看图

结果与讨论

初始pH的影响

通过改变每100 mL的铬(Cr(VI))溶液的pH从1到6来研究滤饼的吸收能力。发现在pH为1时，与本研究中所研究的其他pH相比，滤饼的吸收能力更强。图1为30℃时溶液pH对铬吸收的影响。在较低的pH值下，生物量将具有净正电荷。随着pH的增加，吸附剂对铬的吸附能力降低，这可能是由于表面特性和电荷的变化(Kouba和Zhuang, 1994)。吸附剂表面带负电荷的位置不利于pH值的吸附机制(Hamadi，et al .,2001)。因此，以pH为1为实验的最佳值。

图2:初始铬浓度对滤饼吸附铬的影响 点击这里查看图

初始铬浓度的影响

在初始铬浓度(100 ~ 200 mg/L)的影响下，研究了30℃下的吸附能力。铬的吸收能力在开始时随接触时间呈线性增加，然后以较慢的速度呈非线性增加，最后达到饱和，即平衡时间。初始铬浓度的增加提供了克服铬在水相和固相之间的传质阻力的重要驱动力，从而增加了吸收(Zhou和Banks, 1993)。

图3滤饼的扫描电镜(SEM)图像 点击这里查看图

Namasivayam和Sureshkumar(2008)以前报道过，使用椰糠对铬的最大吸收能力为76.3 mg/g。而在本研究中，当初始铬浓度为200 mg/L时，滤饼的最大吸收能力为135.0 mg/g。因此，这种滤饼被发现与其他农业废弃物具有可比性。图2为30℃下初始铬浓度对铬吸收的影响曲线图。

平衡建模

Langmuir和Freundlich吸附等温线模型通常用于描述废水中铬的吸附过程。Langmuir模型的表达式如下



问在哪里_情商(毫克/克)和C_情商(mg/L)分别为每单位质量吸附剂吸附的铬量和溶液平衡时的未吸附铬浓度。问^o(mg/g)每单位重量的吸附剂在表面形成完整的单分子层的最大铬吸附量，b (L/mg)是一个与结合位点亲和力有关的常数(Langmuir, 1918)。

Freundlich吸附等温线模型表示为

K_F和n是系统的弗罗因德利希常数。K_Fn分别表示吸附量和吸附强度(Freundlich, 1906)。

用滤饼吸附铬，在30℃下得到线性化的Langmuir和Freundlich吸附等温线。计算的等温线常数在30^oC在表1中给出。根据表1中线性回归系数的值，采用Freundlich模型

问KC^{1 / n}

exhibitedq F一个稍微情商在研究浓度下，与Langmuir模型相比，更符合平衡数据。根据相关系数R确定均衡模型的最佳拟合²．

动力学建模

采用准一级和准二级动力学模型研究了吸附机理和电位速率控制步骤。Lagergren，(1898)的伪一阶速率表达式为



其中q是在t和k时刻吸附在吸附剂上的铬量_1,广告(最低¹)为准一级吸附的速率常数。式(3)的积分形式为



logq的线性拟合_情商- q)与t的对比表明了该动力学模型的适用性。由斜率和截距可知，伪一阶速率常数(k_1,广告),问_情商测定值。由图确定了滤饼吸附铬的准一级动力学模型的相关系数。

伪二级动力学模型的表达式为



k_2、广告(g/mg min)是伪二级动力学的速率常数(Ho and McKay, 1999)。(5)式的线性积分形式

如果实验数据符合t/q与t的线性关系，则伪二级动力学模型是有效的。利用式(6)，用t/q与t绘制出滤饼去除铬的曲线。伪二级速率常数(k_2、广告),问_情商数值是根据曲线的斜率和截距确定的。

分析了不同初始铬浓度下360min的拟一级和拟二级动力学模型的线性化形式。平衡吸附容量随着初始铬浓度的增加而增加(表2)_情商计算值被发现更接近q_情商在二阶动力学情况下的实验值。从分析中可以看出，动力学数据与伪二级动力学模型(Hamadi，et al .,2001;莫汉,et al。, 2005)。基于以上结果;与一级反应速率方程相比，动力学数据与二级反应速率方程吻合得很好。

扫描电镜成像

利用扫描电子显微镜(SEM)对生物标本的形貌进行了越来越多的研究。在本研究中，使用扫描电子显微镜来例证滤饼的表面形貌。从SEM显微图可以看出，滤饼中粗糙多孔的表面更多(图3)。这种表面性质应该被认为是多孔表面增加从而增加铬吸收能力的一个因素。

结论

通过实验研究了溶液初始pH对铬去除效果的影响_t和初始铬₁浓度₁．滤饼被有效地应用于工业生产中莫val t铬使用qk问²问批处理研究_2、广告．的_问动力学数据_情商与伪一阶速率方程相比，伪二阶速率方程拟合得很好。结果表明，Freundlich吸附等温线模型与Langmuir吸附等温线模型拟合较好，相关系数较高。

参考文献

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