天然火山石对六价铬的吸附特性研究

辛建珍

(清远市环境监测站，广东 清远 511515)

1.前言

人工湿地是指依据土地处理系统与水生植物处理污水的原理，由人工建立的、可控制和工程化的，具有湿地性质的污水处理系统。当污水流经人工湿地时，基质通过一些物理和化学的途径 (如吸收、吸附、过滤、离子交换、络合反应等)来去除污水中的氮、磷等营养物质［1］。成水平等［2］在垂直流湿地去除重金属的研究中发现，有70%以上的重金属被留在基质中。阳承胜等［3］研究了重金属在香蒲人工湿地中的分布和积累，也发现重金属主要库存在湿地的土壤中。

此次选择采用天然火山石作为基质，研究其对六价铬的吸附特性。天然火山石是一种多孔填料，其通透性好，比表面积大，从而对外界的吸引力较强，认识和了解这些因素，对选择合适的吸附剂，控制最佳的操作条件十分重要。所以，此次研究进行了吸附动力学和吸附热力学对六价铬去除率的影响。以期为天然火山石运用到人工湿地中提供参考依据。

2.材料与方法

2.1 实验材料

本实验是用购于河南巩义的天然火山石作为材料，经蒸馏水清洗、通风干燥箱105℃烘干至恒重、球磨研细后，过不同的筛子把不同粒径的材料分类以备用，本实验用了粒径中等的过40目天然火山石。

2.2 实验方法

2.2.1 基质铬吸附量的测定

校准曲 线 的 绘 制。吸 取 0、0.20、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00和10.0mL 铬标准溶液于 50mL 比色管中，用水稀释至50mL，振荡均匀。加入硫酸 (1+1)溶液0.5mL、磷酸 (1+1)溶液0.5mL，摇匀。加入2.0mL显色剂，摇匀，放置10min，在波长540nm处，用20mm比色皿，以水作参比，测定吸光度，同时做空白实验。

将配制好的已知系列铬溶液与试验基质震荡反应后，静置30min，吸取2mL上清液于50mL比色管中，用水稀释至50mL，振荡均匀。加入硫酸 (1+1)溶液0.5mL、磷酸 (1+1)溶液 0.5mL，摇匀。加入 2.0mL显色剂，摇匀，放置10min，在波长540nm处，用20mm比色皿，以水作参比，测定吸光度，同时做空白实验。

2.2.2 火山石的等温吸附动力学

称取120℃下干燥的过40目筛0.5g火山石10份 (每份3个平衡)，放入离心管中，加入30mL质量浓度为100mg/L的重铬酸钾溶液，把离心管放入恒温摇床中，分别振荡2、4、6、8、10、30、50、80、120、180分钟后静置30min，取上清液用二苯碳酰二肼分光光度法测定六价铬浓度，计算出基质六价铬的吸附量。

2.2.3 pH对火山石吸附六价铬的影响

称取0.5g火山石6份 (3个平衡)，放入离心管中，用HCL和NaOH溶液将浓度为100mg/L的重铬酸钾溶液水样pH分别调节到2、3、4、5、6、7，每个pH溶液分别加入30mL于离心管中，震荡1h后静置30min，取上清液用二苯碳酰二肼分光光度法测定六价铬浓度，计算出基质六价铬的吸附量。

3.结果分析

3.1 火山石的吸附动力学特征

由实验结果可知，在实验的开始阶段，随着实验时间的进行，六价铬的吸附量曲线较陡;而在实验的最后阶段，随着实验时间的进行，吸附量曲线较为平缓，且实验进行到的约200min后，六价铬的吸附量逐渐达到平衡。因其我们应该分开阶段解析火山石的吸附动力学曲线，可将火山石六价铬的吸附量曲线分为快、中、慢3个阶段，这表明在火山石固相表面存在高、中、低的吸附点位，火山石对六价铬的吸附是一个由快速到缓慢的过程，实验的不同阶段对吸附过程的速率产生了影响。

采用以上一级动力学和Lagergren准二级动力学模型对火山石在不同吸附时间下吸附除铬动力学过程进行分析，由实验数据可知，一级和Lagergren准二级动力学模型均对吸附动力学实验结果拟合较好，但准二级动力学模型 (R2=0.9983)比一级动力学模型 (R2=0.9815)能更好的描述火山石对六价铬的吸附行为。在该模型下，火山石的吸附量随着吸附时间的增加而增大。

3.2 pH对六价铬吸附的影响

吸附作用对pH的依赖是在1951年由Kurbatoy提出来的。从那时起，人们逐渐意识到pH是影响吸附的主要因素。天然火山石吸附受pH值影响其原因是多方面的，溶液的pH值影响溶质的存在状态 (分子、离子、络合物)，以及影响天然火山石的表面的空隙的结构和化学特性，所有这些对六价铬被吸附都有一定的影响。本实验就是在2.0～7.0这个pH范围内讨论了天然火山石对六价铬的吸附的。可以见到pH值对吸附效果的影响明显。

在过酸性环境中，不利于火山石对六价铬的吸附，随着pH的升高，火山时的吸附效果越来越好，在pH为5时的偏酸性条件下，吸附效果最好，当pH继续升高，吸附效果随之开始下降。

4.结论

(1)火山石对六价铬的吸附是一个由快速到缓慢的过程，大约2h左右就已经达到平衡。

(2)pH在2.0～5.0范围内，火山石对六价铬吸附量随pH升高而增大，而当pH＞5.0时，吸附量则随pH升高而降低。

(3)由此实验可以清楚看到，天然火山石的吸附量大，解吸率低，是人工湿地中六价铬吸附填料的良好选择。

［1］吴献花，侯长定，王林，等.人工湿地处理污水的机理［J］.玉溪师范学院学报，2002，18(1):103－105

［2］成水平，GrosseW，吴振斌.垂直流人工湿地去除重金属的研究［J］.第七届海峡两岸环境保护学术研讨会，2001

［3］阳承胜，蓝崇饪，束文圣.重金属在宽叶香蒲人工湿地系统中的分布与积累［J］.水处理技术，2002，28(2):101－104