TiO2掺杂Pd2+吸附剂去除废水中Cr6+的实验研究

鲁秀国，刘秀兰，梁淑轩，于泊渠
（河北大学 化学与环境科学学院，河北 保定 071003）

　　摘要：TiO₂掺杂Pd²⁺作为吸附剂，利用此吸附剂进行了含铬废水的去除试验，并与活性炭吸附法进行了对比，结果表明，对于Cr⁶⁺的质量浓度为80mg/L的水样，Cr⁶⁺的去除率为99.5％，高于或相当于活性炭吸附法。Cr⁶⁺的解析率达到99.6％，吸附剂经再生后可以再行利用。
　　关键词：TiO₂复合掺杂Pd²⁺吸附剂；含铬废水；去除率；解析率
　　中图分类号：X703.5
　　文献标识码：A
　　文章编号：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⁺废水的处理，最常用的方法^[1]是先将Cr⁶⁺还原成Cr³⁺，随后使Cr³⁺生成氢氧化物沉淀。常用的方法还有离子交换法、电化学法、蒸发回收、铬酸钡法、活性炭吸附法、TiO₂光催化法^[2]等，本文制备出了一种TiO₂掺杂Pd²⁺的吸附剂，利用此吸附剂进行了含铬废水的处理实验，并与活性炭法进行了对比。

1 实验部分

1.1 含Cr⁶⁺水样
　　用K₂Cr₂O₇及浓度为1mol/L的H₂SO₄配制。ρ(Cr⁶⁺)=80mg/L0
1.2 TiO₂掺杂Pd²⁺吸附剂的制备^[3]
　　TiCl4醇解过程中加入含Pd²⁺的溶液，经微滤、干燥、锻烧制得TiO₂掺杂Pd²⁺的吸附剂。
1.3 吸附实验
　　取100mL水样加入到烧杯中，调整溶液的pH值，加入一定量的TiO₂掺杂Pd²⁺吸附剂（以下简称吸附剂），开启磁力搅拌器，搅拌一定时间后，取样测定Cr⁶⁺的去除率^[4]。
　　Cr⁶⁺的去除率（％）=[(ρ₀-ρ)/ρ₀]×100％
　　式中：ρ₀－吸附前，水样中Cr⁶⁺的质量浓度，mg/L；
　　　　　ρ－吸附后，水样中Cr⁶⁺的质量浓度，mg/L。
1.4 解析实验
　　1.3项实验后，将溶液连同吸附剂一起袖滤，然后将上层残留物加入到一定浓度和体积的HCl溶液中，搅拌至一定时间后取样测定其中Cr⁶⁺的质量浓度（mg/L），由下式计算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⁺的质量浓度，mg/L；
　　　V₁－解析后溶液的体积，mL；
　　　ρ₀－吸附前溶液中Cr⁶⁺的质量浓度，mg/L；
　　　V₀－吸附前溶液的体积，mL。

2 结果与讨论

2.1 吸附剂的吸附机理
　　吸附剂粒径小，表面多孔，有较大的比表面积，所以具有很强的吸附作用和较大的吸附容量，可以将污物吸附而除去，同时，由于Pd²⁺的协同作用，更能够提高其去除率。吸附剂的表面带负电荷，极容易吸附水中带正电荷的离子如Cr⁶⁺等，发生凝聚，产生难溶性的化合物，这些化合物再被吸附，沉降去除。
2.2 吸附时间的选择
　　取100mL水样，调整溶液的pH值为6.5，搅拌强度同1.3，吸附剂的用量为0.2g，不同搅拌时间下Cr⁶⁺去除率的变化如图1所示。

　　从图1可以看出，Cr⁶⁺的去除率刚开始随着时间的增加而增加，但当吸附时间达到40min以后时，去除率达到99.5％，以后基本不再增加，这说明 Cr⁶⁺的吸附已经达到饱和，因此，在此反应条件下，吸附时间为40min。
2.3 吸附剂用量的选择
　　取100mL水样，调整溶液的pH值为6.5，搅拌强度同1.3，搅拌时间为40min，改变吸附剂的用量，其Cr⁶⁺去除率（％）的变化如图2所示。

　　从图2看出，Cr⁶⁺去除率随吸附剂用量的增加而增加，当吸附剂的用量达到0.2g时，Cr⁶⁺去除率达到了99.5％，以后增加得不明显，因此时对于Cr⁶⁺的质量浓度为80mg/L的水样，经处理后，Cr⁶⁺的质量浓度已经降低到了0.4mg/L，该值已经达到了国家有关水质标准，故该实验中，对于Cr⁶⁺的质量浓度为80mg/L的100mg/L水样，吸附剂的用量定为0.2g。
2.4 溶液pH值的选择
　　取100mL水样，吸附剂的用量为0.2g搅拌强度同1.3，搅拌时间为40min，改变溶液的pH值，其Cr⁶⁺去除率的变化如表1所示。
　　从表1可以看出，当溶液pH值为6.5时，Cr⁶⁺的去除率最高，故本实验选用pH值6.5。为何在此酸度下Cr⁶⁺去除率最高，其机理尚有待于进一步探讨。

表1 溶液pH值和Cr⁶⁺吸附去除率的关系 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 解析实验时解析条件的选择
　　当吸附饱和时，需要将吸附剂进行解析，即将吸附剂再生。本文利用一定浓度的盐酸浸泡吸附饱和的吸附剂，然后再将解析后的吸附剂高温（约400℃，3h）处理，得到了可以再行利用的吸附剂。解析实验中，影响因素主要是浸泡液中盐酸浓度、用量及浸泡时间的选择，对于1g（离心，甩干后重）吸附剂，其吸附饱和后的解析实验数据见表2～表4。
　　从表2可以看出，在解析实验中，对于1g（离心，甩干后重）的吸附剂，V(HCl):V(H₂O)为1:1。

表2 解析实验盐酸浓度的选择 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

　　从表3可以看出，盐酸（1:1）的用量达到9mL时，解析率已经达到了99.6％，再增加用量解析率变化不显著，因此，本实验中，对于1g（离心，甩干后重）吸附剂，解析时盐酸（1:1）的用量为9mL。在确定的解析条件下，考察解析时间的影响，结果见表4。

表3 解析实验盐酸用量的选择 1:1盐酸用量/mL 解析率/％ 1:1盐酸用量/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

　　从表4可以看出，解析时间达20min时，解析率为99.5％，再延长时间，解析率变化不明显，因此，本实验中，对于1g（离心，甩干后重）的吸附剂，解析时间达20min即满足要求。

表4 解析实验解析时间的选择 解析时间/min 解析率/％ 解析时间/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掺杂Pd²⁺吸附剂吸附和活性炭吸附实验比较
　　取100mL水样，搅拌强度同1.3，搅拌时间40min，溶液的pH值6.5，在TiO₂掺杂Pd²⁺吸附剂和活性炭吸附剂的用量相同的条件下分别进行吸附实验，结果见表5。

表5 TiO₂掺杂Pd²⁺吸附剂吸附和活性炭吸附实验比较 吸附剂用量/g 吸附剂的去除率/％ 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结果说明二者用量相同的情况下，TiO₂掺杂Pd²⁺吸附剂对Cr⁶⁺的去除率普遍高于（或相当于）活性炭对Cr⁶⁺的去除率，当然，活性炭的吸附条件（如温度、pH值等）可能和TiO₂掺杂Pd²⁺吸附剂的吸附条件不同，但这里只是为了说明本实验用吸附剂的优越，并没有做过多的研究。

3 结论

　　利用TiO₂掺杂Pd²⁺吸附剂成功处理了含Cr⁶⁺废水，对于ρ(Cr⁶⁺)为80mg/L的10OmL水样，吸附剂用量0.2g，吸附时间40min，溶液pH值6.5，此时Cr⁶⁺的去除率99.5％，相当于在此实验条件下活性炭对Cr⁶⁺的去除率，在合适的解析条件下，解析率可达到99.6％。

参考文献：
[1]劳勒DF．现代水处理技术[M]．北京：中国环境出版社，1982．
[2]鲁秀国．二氧化钛光催化还原Cr(VI)的研究[J]．河北大学学报，2000，20(1)：20～25．
[3]鲁秀国．高效光催化剂的制备及对含Cr(VI)废水的处理研究[D]．哈尔滨工业大学硕士论文，1996．
[4]奚里立，孙裕生，刘秀英．环境监测（修订版）[M]．北京，高等教育出版社，2001，387～388．

作者简介：鲁秀国（1964～），男，吉林农安人，副教授，工学博士，主要从事环境污染与防治的研究，电话（0312）5079422，13070513973。