電吸附技術(shù)去除重金屬三價(jià)鉻離子的研究

1、電吸附技術(shù)去除重金屬三價(jià)鉻離子的研究 摘要三價(jià)鉻的電吸附去除研究表明：在溶液ph值較低時(shí)，cr3+的電吸附受到h+的競爭吸附，cr3+的電吸附合適的溶液ph值為7。cr3+的物理吸附吸附過程符合二級動(dòng)力學(xué)方程，cr3+的電吸附過程符合一級動(dòng)力學(xué)方程。電吸附相對物理吸附可以提高電極的吸附容量，cr3+的物理吸附的飽和吸附量為3.07mg/g，1.2v時(shí)電吸附容量為7.58mg/g。cr3+的電吸附循環(huán)性能良好，能夠保持電吸附容量長期穩(wěn)定。 關(guān)鍵詞電吸附 炭電極 cr3+ 中圖分類號 x703.1 文獻(xiàn)碼 a 文章編號 1000-405x（2015）-7-470-3 廢水的鉻有三價(jià)鉻和六價(jià)鉻。含鉻

2、廢水主要在機(jī)器制造、冶金、金屬加工、電鍍、顏料、制革以及其他工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的。鉻對人和溫血?jiǎng)游锏奈：χ饕w現(xiàn)為：致毒作用、刺激作用、累積作用、變態(tài)反應(yīng)、致癌作用和致突變作用等。污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定總鉻的排放濃度限值為1.5mg/l。含鉻工業(yè)廢水的處理方法有離子交換法、電解法、鐵氧體法和活性炭吸附法等。 est（electro-sorb technology），中文謂電吸附技術(shù)，它是利用帶電電極表面吸附水中離子及帶電粒子的現(xiàn)象，使水中溶解鹽類及其它帶電物質(zhì)在電極的表面富集濃縮而實(shí)現(xiàn)水的凈化/淡化的一種新型水處理技術(shù)1-3。 電吸附原理見圖1，原水從一端進(jìn)入陰陽極組成的空間，從另一端流出。原

3、水在陰、陽極之間流動(dòng)時(shí)受到電場的作用，水中帶電粒子分別向帶相反電荷的電極遷移，被該電極吸附并儲(chǔ)存在雙電層內(nèi)。隨著電極吸附帶電粒子的增多，帶電粒子在電極表面富集濃縮，最終實(shí)現(xiàn)與水的分離，使水中的溶解鹽類及其它帶電物質(zhì)滯留在電極表面，獲得凈化/淡化的出水4，5。 電吸附除鹽技術(shù)，目前主要用于常規(guī)的無機(jī)離子的去除，如na+、ca2+、mg2+、cl-、so42-、no3-等，對于常規(guī)無機(jī)離子的去除取得了較好的效果，并逐漸在實(shí)踐中應(yīng)用6，7。重金屬離子也是帶電荷的污染物，因此也可采用電吸附技術(shù)進(jìn)行去除，目前國內(nèi)外采用電吸附去除重金屬的研究較少。 本文設(shè)計(jì)了cr3+的電吸附試驗(yàn)，研究了溶液ph對cr3+

4、電吸附去除的影響、cr3+的吸附動(dòng)力學(xué)、cr3+的吸脫附穩(wěn)定性。 1實(shí)驗(yàn)部分 1.1實(shí)驗(yàn)裝置 電吸附實(shí)驗(yàn)裝置見圖2，裝置由電吸附模塊、直流電源、蠕動(dòng)泵和溶液槽等組成。電吸附模塊中的炭電極由常州愛思特凈化設(shè)備有限公司提供。模塊由1對電極組成，電極的尺寸為70 mm80 mm1.5 mm，兩片電極之間的水流通道的間距為4 mm。 1.2實(shí)驗(yàn)部分 研究不同ph值溶液中，研究電極對cr3+的吸附量。在最佳ph值條件下，研究不同的電壓對電極吸附量的影響，并得到電吸附去除cr3+的吸附動(dòng)力學(xué)。 2結(jié)果與討論 2.1 ph對三價(jià)鉻電吸附的影響 在極對電壓為1.2v，正負(fù)電極之間的距離為4mm，cr3+初始濃

5、度為520mg/l（10mmol/l），溶液的體積為600ml，研究原溶液ph值對cr3+電吸附的影響，結(jié)果見圖3。 由圖3可知，隨著ph值的增加，cr3+的吸附容量逐漸增加。這是由于在酸性條件下，h+濃度較大，h+與cr3+產(chǎn)生競爭吸附，電極吸附了部分h+，則cr3+的吸附容量降低。另外，ph值過大則產(chǎn)生cr（oh）3沉淀，因此電吸附實(shí)驗(yàn)的溶液的ph宜采用67，下文的實(shí)驗(yàn)都是控制原溶液的ph值為7.0。 2.2三價(jià)鉻吸附動(dòng)力學(xué) 三價(jià)鉻的吸附動(dòng)力學(xué)曲線見圖4。由圖4可知，不同電壓下對鉻吸附動(dòng)力學(xué)曲線基本可以分為兩個(gè)階段：（1）快速吸附階段，在090min期間，cr3+被快速吸附到電極內(nèi)部的孔道

6、中，到90min時(shí)，吸附量基本達(dá)到了飽和吸附量的90%。（2）慢速吸附階段，隨著電極孔道內(nèi)逐漸被cr3+充滿，電極內(nèi)部吸附電位減少，則吸附速率變得比較緩慢?？焖傥诫A段的吸附量基本決定了飽和吸附量的大小。 由圖4可知，cr3+的物理吸附的飽和吸附量可以達(dá)到3.07mg/g，電吸附是在物理吸附飽和的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，cr3+物理吸附飽和后，加上0.6v的電壓依然能繼續(xù)吸附3.43mg/g，電壓升至1.2v時(shí)，電吸附量達(dá)到7.58mg/g，1.2v的電吸附容量為0.6v的2.21倍，由此可見電吸附能夠極大的提高電極吸附能力。 cr3+的吸附動(dòng)力學(xué)曲線，分別用一級吸附速率方程和二級吸附速率方程進(jìn)行線性回

7、歸，回歸的曲線分別見圖5和圖6，根據(jù)吸附動(dòng)力學(xué)方程所求的動(dòng)力學(xué)參數(shù)見表1。 由圖5、圖6及表1可知，從擬合的飽和吸附量來看，物理吸附二級動(dòng)力學(xué)擬合的飽和吸附量接近試驗(yàn)的飽和吸附量;而對電吸附而言，電吸附一級動(dòng)力學(xué)擬合的飽和吸附量接近試驗(yàn)的飽和吸附量。同時(shí)，從相關(guān)性系數(shù)來看，物理吸附的二級動(dòng)力學(xué)相關(guān)系數(shù)高于一級動(dòng)力學(xué)的相關(guān)系數(shù);而對于電吸附來講，則是相反的。因此，表明cr3+的物理吸附是借助電極表面的官能團(tuán)而被吸附，電吸附則是借助電場推動(dòng)力的作用被吸附的電極表面，即物理吸附和電吸附的機(jī)理是存在區(qū)別的。 2.3三價(jià)鉻電吸附/脫附循環(huán) 電吸附吸附常規(guī)的無機(jī)鹽離子具有良好的吸附和脫附性能，具有較好的循

8、環(huán)性。而電吸附對cr3+的吸附和脫附性能需要進(jìn)行驗(yàn)證。試驗(yàn)在1.2v電壓下，原溶液cr3+濃度為520mg/l（10mmol/l），吸附達(dá)到飽和后，對電極進(jìn)行短接，此時(shí)cr3+從電極中脫附出來。循環(huán)20個(gè)周期后，電吸附容量隨周期的變化見圖7。 由圖7可知，cr3+的電吸附容量在第1周期時(shí)為7.30mg/g，第5周期時(shí)電吸附容量為6.87mg/g，下降了5.9%。此后下降速度較慢，到第20周期時(shí)，電吸附容量為6.76mg/g，即電吸附容量已經(jīng)變得平穩(wěn)。主要原因是在初始的幾個(gè)周期中，部分cr3+被吸入到電極深部的微小孔道中，未能脫附出來。隨著周期數(shù)的增加，進(jìn)入電極深部且未能脫附的量較少，因此此時(shí)電

9、吸附容量已經(jīng)逐漸保持穩(wěn)定。 3結(jié)論 （1）在溶液ph值較低時(shí)，cr3+的電吸附受到h+的競爭吸附，所以cr3+的電吸附合適的ph值為7。 （2）電吸附相對物理吸附可以提高電極的吸附容量，物理吸附對cr3+的飽和吸附量為3.07mg/g，0.6v電壓的電吸附容量為3.43mg/g，電壓升至1.2v時(shí)，電吸附量達(dá)到7.58mg/g，1.2v的電吸附容量為0.6v的2.21倍。cr3+的物理吸附吸附過程符合二級動(dòng)力學(xué)方程。 （3）cr3+的循環(huán)吸附表明，循環(huán)吸附性能良好。僅在前幾個(gè)周期，少量離子進(jìn)入內(nèi)部孔道，難以脫附出，吸附量下降明顯;下降趨勢隨周期數(shù)增加逐漸平緩。電吸附由于優(yōu)良的重復(fù)吸附性能，因此

10、在重金屬污染治理領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。 removal trivalent chromium from aqueous solutions by electrosorption wang guo-feng （tianjin tanggu xinyu environmental technology co.， ltd.） abstract：trivalent chromium electrosorption studies have shown that： when the ph of the solution is lower， cr3+ electrosorption competitiv

11、e by adsorption of h+， the appropriate solution ph value for cr3+ electrosorption is 7. the physical adsorption kinetic line of cr3+meetsecond-order kinetic equation， the electrosorption kinetic line of cr3+ meetfirst-order kinetics.the electrosorption can increase the adsorption capacity of the ele

12、ctrode compared to physical adsorption. the physical adsorption capacity of cr3+is 3.07mg/g， the electrosorption capacity of 1.2v is 7.58mg/g. the cycle electrosorption performance of cr3+ is good; electrode can be maintaining long-term and stable electrosorption capacity. keywords： electrosorption;

13、 carbon electrode; cr3+ 參考文獻(xiàn) 1 e. j. bain， j. m. calo， s. s. ruben， et al. electrosorption/electrodesorption of arsenic on a granular activated carbon in thepresence of other heavy metals. energy&fuels， 2010， 24， 3415-3421. 2 孫曉慰， 朱國富. 電吸附水處理技術(shù)（est）的原理及構(gòu)成j. 工業(yè)用水與廢水， 2002， 33（4）： 18-20. 3 孫曉慰， 朱國富. 電吸附水處理技術(shù)及設(shè)備j. 工業(yè)水處理， 2002， 22（8）： 1-3. 4 劉海靜， 張鴻濤， 孫曉慰. 電吸附法去除地下水中離子的試驗(yàn)研究j. 中國給排水. 2003， 19（11）： 36-38. 5 莫?jiǎng)π?，陳福? 電容吸附去離子方法的研究j. 水處理技術(shù)，2007，33（8）： 20-22. 6 j. h. richardson， j. c. farmer， d. v. fix， et al. capacitive deionization systemc. proceeding of th