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摘 要 ：將活性炭纖維氈進(jìn)行表面預(yù)處理后對(duì)其進(jìn)行表征，并以電感耦合等離子體光譜儀和紫外可見分光光 度計(jì)為分析手段，在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下，初步探討了活性炭纖維氈對(duì)六價(jià)鉻的吸附機(jī)理。結(jié)果表明，吸附動(dòng) 力學(xué)結(jié)果符合二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，是一種物理-化學(xué)作用為主的吸附過(guò)程；等溫吸附模型符合 Langmuir 吸附 等溫方程。利用活性炭纖維氈吸附處理含鉻廢水,處理效果好、操作簡(jiǎn)單，可以作為去除水中六價(jià)鉻的吸附 劑。

引言：隨著我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展，含鉻礦物被廣泛應(yīng)用于合金工業(yè)、電鍍、制革、印染等行業(yè)， 因此這些工廠排出的廢水往往含有較高濃度的含鉻化合物[1-4]，此外，火山活動(dòng)和巖石風(fēng)化 等自然活動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生鉻污染[5]。鉻在水中主要以六價(jià)和三價(jià)形式存在，其中六價(jià)鉻的毒性遠(yuǎn) 強(qiáng)于三價(jià)鉻，具有很強(qiáng)的氧化損傷作用，是癌癥研究機(jī)構(gòu)認(rèn)定的致癌致突變物質(zhì)[6-10]， 已成為世界各國(guó)高度關(guān)注的污染物[11]。我國(guó)《地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（DZ/T0290-2015）中規(guī)定 Ⅰ類水中六價(jià)鉻含量不超過(guò) 0.005mg/L，《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）中規(guī)定 六價(jià)鉻濃度不超過(guò) 0.05mg/L，而《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18466-2005）中也規(guī)定了六價(jià) 鉻為一類污染物，其排放濃度不得超過(guò) 0.50mg/L。由此可見，研究如何去除水中的六價(jià)鉻， 有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義[12-13]。

目前，國(guó)內(nèi)外處理含鉻廢水的方法有電解法[14]、化學(xué)還原法[15]、離子交換法[16]、和吸 附法[17]等。與其它方法相比，吸附法具有操作簡(jiǎn)單、去除率高、成本相對(duì)較低、吸附劑可 再生等優(yōu)點(diǎn)[18]。而常用的吸附劑主要有微生物和植物殘?bào)w[19-20]、天然或改性礦物質(zhì)[21]、活 性炭[22]等。活性炭纖維氈（activated carbon fiber felt，ACFF）是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型吸附 材料[23]，具有微孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積大、吸脫附速率快、吸附后便于回收等特點(diǎn)。

 本研究從微觀、宏觀兩個(gè)方面對(duì)活性炭纖維氈對(duì)水中六價(jià)鉻的吸附性能進(jìn)行表征：微 觀實(shí)驗(yàn)包括比表面積、孔容孔徑、掃描電鏡（SEM）、紅外光譜（FTIR）分析，宏觀實(shí)驗(yàn) 主要包括吸附動(dòng)力學(xué)、吸附等溫線實(shí)驗(yàn)。初步分析了其吸附機(jī)理，提供了關(guān)鍵性能參數(shù)，明 確了活性炭纖維氈吸附水中六價(jià)鉻的可行性，為含鉻廢水的處理提供了技術(shù)支持和理論基礎(chǔ)

 1 實(shí)驗(yàn)部分 1.1 儀器與試劑 儀器設(shè)備：電子天平（PWC254，英國(guó) ADAM 衡器公司）；恒溫振蕩器（ZD-85，蘇州 國(guó)華儀器有限公司）；數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱（GZX-9140，上海博訊醫(yī)療生物儀器股份有限公司）； 數(shù)控超聲波清洗器（KQ-700DV，昆山市超聲儀器有限公司）；電感耦合等離子體光譜儀 （Optima 8000，美國(guó) PerkinElmer 公司）；比表面及孔徑分析儀（3H-2000PS2，貝士德儀器 科技有限公司）；場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（SUPRATM 55，德國(guó)卡爾蔡司公司）；紅外光譜儀（Frontier FTIR，美國(guó) PerkinElmer 公司）；紫外可見分光光度計(jì)（UV2550，日本島津公司）。 試劑與材料：六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)貯備液（中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院）；硝酸（優(yōu)級(jí)純，天津市科密 歐化學(xué)試劑有限公司）；二苯碳酰二肼（分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠）；硫酸（優(yōu)級(jí)純， 天津市化學(xué)試劑三廠）；活性炭纖維纖維氈（南通森友炭纖維有限公司）。

 為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要清除活性炭氈表面上的雜質(zhì)。將活性炭纖維氈在燒杯 中用高純水連續(xù)煮沸 5～6 h。然后用烘箱在 120℃下烘干，裝進(jìn)干燥磨口瓶后置于干燥器中 待用[24]。

 1.3.2 活性炭纖維氈的表征 處理后的活性炭纖維氈用靜態(tài)容量法全自動(dòng)比表面積及孔隙度分析儀測(cè)定其 N2吸附、 脫附等溫線、比表面積、孔容孔徑、總孔體積等。用掃描電鏡觀察其表面形態(tài)，并拍攝具有 代表性的圖像。用紅外光譜儀測(cè)定其紅外吸收譜圖。 1.3.3 吸附量與吸附率的計(jì)算 準(zhǔn)確稱取活性炭纖維氈 300mg 置于 100mL 具塞錐形瓶中，再分別加入一定濃度的含鉻 廢水，于振蕩器中 25℃、轉(zhuǎn)速 150r/min 恒溫振蕩。用 ICP 法測(cè)定溶液中剩余鉻的含量。吸 附量 q（mg/g）和用公式（1）計(jì)算。 

 1.3.4 動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn) 將 300mg 活性炭纖維氈與質(zhì)量濃度為 1mg/L的含鉻溶液混合，于 25℃下進(jìn)行恒溫振蕩。 利用 ICP 法測(cè)定反應(yīng)時(shí)間分別為 1、2、3、5、8、10、15、20、30、45、60、90、150、240、 360、400min 時(shí)上層液體中鉻的平衡濃度，并采用一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程、顆粒內(nèi)擴(kuò)散方程、Elovich 方程和二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程等四種動(dòng)力學(xué)模型來(lái)表征[3]。

1.3.5 等溫吸附實(shí)驗(yàn) 將 300mg 活性炭纖維氈與不同濃度的含鉻溶液混合，于 25℃下恒溫振蕩，反應(yīng)時(shí)間為 400min。含鉻溶液的濃度分別為 0.02、0.04、0.06、0.10、0.14、0.20、0.24、0.30、0.36、0.40、 0.44、0.50、0.60、0.80、1.00、1.40、2.00、2.40mg/L，并使用 Langmuir 方程和 Freundlich 方 程對(duì)等溫吸附過(guò)程進(jìn)行模擬[3]。

 2 結(jié)果與討論

2.1 吸附劑性質(zhì) 圖 1 所示為活性炭纖維氈的氮?dú)馕?脫附等溫曲線。按照 IUPAC 分類法可得到：活性炭 纖維氈的吸附屬于Ⅰ型吸附等溫線，在低相對(duì)壓力區(qū)域吸附等溫線斜率很大，隨著相對(duì)壓力 的增大，等溫線斜率變小，吸附量增幅變緩。

 這主要是由于吸附質(zhì)和吸附劑之間存在較強(qiáng)的相互作用，這種吸附等溫線對(duì)應(yīng)的材料一 般為微孔材料，表 2 列出的物理性質(zhì)參數(shù)也充分印證了這一點(diǎn)。 由表 2 可以看出，活性炭纖維氈的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、孔徑較小，有著較發(fā)達(dá)的 BET 比表 面積、微孔比表面積、總孔體積和微孔體積。

 …………（更多內(nèi)容請(qǐng)點(diǎn)擊珀金埃爾默產(chǎn)品）

本研究對(duì)吸附劑活性炭纖維氈進(jìn)行了表征，并以電感耦合等離子體光譜儀和紫外可見分光光度計(jì)為分析手段，在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下，研究了活性炭纖維氈對(duì)溶液中鉻的吸附。結(jié)果表明， 活性炭纖維氈孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、孔徑較小，由大量直徑小而均勻的絲狀纖維構(gòu)成，表面有少量 的醛基官能團(tuán)。鉻在活性炭纖維氈上的吸附動(dòng)力學(xué)模型符合二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，是一種物理化學(xué)作用為主的吸附過(guò)程。活性炭纖維氈對(duì)鉻的等溫吸附模型更符合 Langmuir 吸附等溫方 程，說(shuō)明該體系的吸附主要為單分子層吸附。吸附平衡溶液中六價(jià)鉻含量明顯小于總鉻含量， 溶液中毒性較大的六價(jià)鉻還原為毒性較小的三價(jià)鉻，而對(duì)活性炭纖維氈的還原性，還需進(jìn)一 步探討研究。