魯秀國(guó)，劉秀蘭，梁淑軒，于泊渠
（河北大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河北 保定 071003）

　　摘要：TiO₂摻雜Pd²⁺作為吸附劑，利用此吸附劑進(jìn)行了含鉻廢水的去除試驗(yàn)，并與活性炭吸附法進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明，對(duì)于Cr⁶⁺的質(zhì)量濃度為80mg/L的水樣，Cr⁶⁺的去除率為99.5％，高于或相當(dāng)于活性炭吸附法。Cr⁶⁺的解析率達(dá)到99.6％，吸附劑經(jīng)再生后可以再行利用。
　　關(guān)鍵詞：TiO₂復(fù)合摻雜Pd²⁺吸附劑；含鉻廢水；去除率；解析率
　　中圖分類號(hào)：X703.5
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)：1009-2455(2002)05-0027-03

An Experimental Study on the Use of Pd²⁺-Doped TiO₂
Adsorbent in Removing Cr⁶⁺ from Wastewater
LU Xiu-guo，LIU Xiu-lan，LIANG Shu-xuan，YU Bo-qu
（College of Chemistry and Environmental Science，Hebei University，Baoding 071002，China）

　　Abstract：A Pd²⁺-doped TiO₂ adsorbent was used as an adsorbent for the removal of Cr⁶⁺ from wastewater while comparison was made with the use of active carbon adsorption method. The results showed that when Cr⁶⁺ content in the water sample was 80mg/L and Pd²⁺-doped TiO₂ adsorbent was used as the adsorbent, the removing efficiency reached 99.5％，which was higher than or equivalent to the effciency obtained with active carbon as the adsorbent under similar test conditions；while the desorption rate of Cr⁶⁺ was 99.6％ and the adsorbent was reusable after regenerated．
　　Key words：Pd²⁺-doped TiO₂ adsorbent；Cr⁶⁺-containing wastewater；removing effciency；desorption rate

　　含Cr⁶⁺廢水的處理，最常用的方法^[1]是先將Cr⁶⁺還原成Cr³⁺，隨后使Cr³⁺生成氫氧化物沉淀。常用的方法還有離子交換法、電化學(xué)法、蒸發(fā)回收、鉻酸鋇法、活性炭吸附法、TiO₂光催化法^[2]等，本文制備出了一種TiO₂摻雜Pd²⁺的吸附劑，利用此吸附劑進(jìn)行了含鉻廢水的處理實(shí)驗(yàn)，并與活性炭法進(jìn)行了對(duì)比。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 含Cr⁶⁺水樣
　　用K₂Cr₂O₇及濃度為1mol/L的H₂SO₄配制。ρ(Cr⁶⁺)=80mg/L0
1.2 TiO₂摻雜Pd²⁺吸附劑的制備^[3]
　　TiCl4醇解過程中加入含Pd²⁺的溶液，經(jīng)微濾、干燥、鍛燒制得TiO₂摻雜Pd²⁺的吸附劑。
1.3 吸附實(shí)驗(yàn)
　　取100mL水樣加入到燒杯中，調(diào)整溶液的pH值，加入一定量的TiO₂摻雜Pd²⁺吸附劑（以下簡(jiǎn)稱吸附劑），開啟磁力攪拌器，攪拌一定時(shí)間后，取樣測(cè)定Cr⁶⁺的去除率^[4]。
　　Cr⁶⁺的去除率（％）=[(ρ₀-ρ)/ρ₀]×100％
　　式中：ρ₀－吸附前，水樣中Cr⁶⁺的質(zhì)量濃度，mg/L；
　　　　　ρ－吸附后，水樣中Cr⁶⁺的質(zhì)量濃度，mg/L。
1.4 解析實(shí)驗(yàn)
　　1.3項(xiàng)實(shí)驗(yàn)后，將溶液連同吸附劑一起袖濾，然后將上層殘留物加入到一定濃度和體積的HCl溶液中，攪拌至一定時(shí)間后取樣測(cè)定其中Cr⁶⁺的質(zhì)量濃度（mg/L），由下式計(jì)算Cr⁶⁺的解析率。
　　Cr⁶⁺的解析率（％）=[ρ₁·V₁/(ρ₀·V₀)]×100％
式中：ρ₁－解析后溶液中Cr⁶⁺的質(zhì)量濃度，mg/L；
　　　V₁－解析后溶液的體積，mL；
　　　ρ₀－吸附前溶液中Cr⁶⁺的質(zhì)量濃度，mg/L；
　　　V₀－吸附前溶液的體積，mL。

2 結(jié)果與討論

2.1 吸附劑的吸附機(jī)理
　　吸附劑粒徑小，表面多孔，有較大的比表面積，所以具有很強(qiáng)的吸附作用和較大的吸附容量，可以將污物吸附而除去，同時(shí)，由于Pd²⁺的協(xié)同作用，更能夠提高其去除率。吸附劑的表面帶負(fù)電荷，極容易吸附水中帶正電荷的離子如Cr⁶⁺等，發(fā)生凝聚，產(chǎn)生難溶性的化合物，這些化合物再被吸附，沉降去除。
2.2 吸附時(shí)間的選擇
　　取100mL水樣，調(diào)整溶液的pH值為6.5，攪拌強(qiáng)度同1.3，吸附劑的用量為0.2g，不同攪拌時(shí)間下Cr⁶⁺去除率的變化如圖1所示。

　　從圖1可以看出，Cr⁶⁺的去除率剛開始隨著時(shí)間的增加而增加，但當(dāng)吸附時(shí)間達(dá)到40min以后時(shí)，去除率達(dá)到99.5％，以后基本不再增加，這說(shuō)明 Cr⁶⁺的吸附已經(jīng)達(dá)到飽和，因此，在此反應(yīng)條件下，吸附時(shí)間為40min。
2.3 吸附劑用量的選擇
　　取100mL水樣，調(diào)整溶液的pH值為6.5，攪拌強(qiáng)度同1.3，攪拌時(shí)間為40min，改變吸附劑的用量，其Cr⁶⁺去除率（％）的變化如圖2所示。

　　從圖2看出，Cr⁶⁺去除率隨吸附劑用量的增加而增加，當(dāng)吸附劑的用量達(dá)到0.2g時(shí)，Cr⁶⁺去除率達(dá)到了99.5％，以后增加得不明顯，因此時(shí)對(duì)于Cr⁶⁺的質(zhì)量濃度為80mg/L的水樣，經(jīng)處理后，Cr⁶⁺的質(zhì)量濃度已經(jīng)降低到了0.4mg/L，該值已經(jīng)達(dá)到了國(guó)家有關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，故該實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于Cr⁶⁺的質(zhì)量濃度為80mg/L的100mg/L水樣，吸附劑的用量定為0.2g。
2.4 溶液pH值的選擇
　　取100mL水樣，吸附劑的用量為0.2g攪拌強(qiáng)度同1.3，攪拌時(shí)間為40min，改變?nèi)芤旱膒H值，其Cr⁶⁺去除率的變化如表1所示。
　　從表1可以看出，當(dāng)溶液pH值為6.5時(shí)，Cr⁶⁺的去除率最高，故本實(shí)驗(yàn)選用pH值6.5。為何在此酸度下Cr⁶⁺去除率最高，其機(jī)理尚有待于進(jìn)一步探討。

表1 溶液pH值和Cr⁶⁺吸附去除率的關(guān)系 pH值 Cr⁶⁺去除率/％ pH值 Cr⁶⁺去除率/％ 3.0 72.8 6.0 95.0 4.0 75.5 6.5 99.5 4.5 78.6 7.0 96.2 5.0 82.5 7.5 90.1 5.5 91.8 8.0 87.6

　　2.5 解析實(shí)驗(yàn)時(shí)解析條件的選擇
　　當(dāng)吸附飽和時(shí)，需要將吸附劑進(jìn)行解析，即將吸附劑再生。本文利用一定濃度的鹽酸浸泡吸附飽和的吸附劑，然后再將解析后的吸附劑高溫（約400℃，3h）處理，得到了可以再行利用的吸附劑。解析實(shí)驗(yàn)中，影響因素主要是浸泡液中鹽酸濃度、用量及浸泡時(shí)間的選擇，對(duì)于1g（離心，甩干后重）吸附劑，其吸附飽和后的解析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2～表4。
　　從表2可以看出，在解析實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于1g（離心，甩干后重）的吸附劑，V(HCl):V(H₂O)為1:1。

表2 解析實(shí)驗(yàn)鹽酸濃度的選擇 V(HCl):V(H₂O) 解析率/％ V(HCl):V(H₂O) 解析率/％ 1:5 70.5 1:1 99.5 1:4 81.5 1:0.5 99.1 1:3 90.2 1:0 90.6 1:2 92.8

　　從表3可以看出，鹽酸（1:1）的用量達(dá)到9mL時(shí)，解析率已經(jīng)達(dá)到了99.6％，再增加用量解析率變化不顯著，因此，本實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于1g（離心，甩干后重）吸附劑，解析時(shí)鹽酸（1:1）的用量為9mL。在確定的解析條件下，考察解析時(shí)間的影響，結(jié)果見表4。

表3 解析實(shí)驗(yàn)鹽酸用量的選擇 1:1鹽酸用量/mL 解析率/％ 1:1鹽酸用量/mL 解析率/％ 5 90.1 13 99.6 7 95.7 15 99.4 9 99.6 17 99.7 11 99.5

　　從表4可以看出，解析時(shí)間達(dá)20min時(shí)，解析率為99.5％，再延長(zhǎng)時(shí)間，解析率變化不明顯，因此，本實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于1g（離心，甩干后重）的吸附劑，解析時(shí)間達(dá)20min即滿足要求。

表4 解析實(shí)驗(yàn)解析時(shí)間的選擇 解析時(shí)間/min 解析率/％ 解析時(shí)間/min 解析率/％ 5 80.5 25 99.4 10 85.4 30 99.6 15 94.6 35 99.5 20 99.5

　　2.6 TiO₂摻雜Pd²⁺吸附劑吸附和活性炭吸附實(shí)驗(yàn)比較
　　取100mL水樣，攪拌強(qiáng)度同1.3，攪拌時(shí)間40min，溶液的pH值6.5，在TiO₂摻雜Pd²⁺吸附劑和活性炭吸附劑的用量相同的條件下分別進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表5。

表5 TiO₂摻雜Pd²⁺吸附劑吸附和活性炭吸附實(shí)驗(yàn)比較 吸附劑用量/g 吸附劑的去除率/％ 活性炭的去除率/％ 0 0 0 0.05 28 27 0.10 64 60 0.15 85 85 0.20 99.5 99.5 0.25 99.2 99.4 0.30 99.6 99.6

　　表5結(jié)果說(shuō)明二者用量相同的情況下，TiO₂摻雜Pd²⁺吸附劑對(duì)Cr⁶⁺的去除率普遍高于（或相當(dāng)于）活性炭對(duì)Cr⁶⁺的去除率，當(dāng)然，活性炭的吸附條件（如溫度、pH值等）可能和TiO₂摻雜Pd²⁺吸附劑的吸附條件不同，但這里只是為了說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)用吸附劑的優(yōu)越，并沒有做過多的研究。

3 結(jié)論

　　利用TiO₂摻雜Pd²⁺吸附劑成功處理了含Cr⁶⁺廢水，對(duì)于ρ(Cr⁶⁺)為80mg/L的10OmL水樣，吸附劑用量0.2g，吸附時(shí)間40min，溶液pH值6.5，此時(shí)Cr⁶⁺的去除率99.5％，相當(dāng)于在此實(shí)驗(yàn)條件下活性炭對(duì)Cr⁶⁺的去除率，在合適的解析條件下，解析率可達(dá)到99.6％。

參考文獻(xiàn)：
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作者簡(jiǎn)介：魯秀國(guó)（1964～），男，吉林農(nóng)安人，副教授，工學(xué)博士，主要從事環(huán)境污染與防治的研究，電話（0312）5079422，13070513973。