摘 要 ：將活性炭纖維氈進行表面預處理后對其進行表征，并以電感耦合等離子體光譜儀和紫外可見分光光 度計為分析手段，在優化實驗條件下，初步探討了活性炭纖維氈對六價鉻的吸附機理。結果表明，吸附動 力學結果符合二級動力學方程，是一種物理-化學作用為主的吸附過程；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、操作簡單，可以作為去除水中六價鉻的吸附 劑。

引言：隨著我國工業的快速發展，含鉻礦物被廣泛應用于合金工業、電鍍、制革、印染等行業， 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，火山活動和巖石風化 等自然活動也會產生鉻污染[5]。鉻在水中主要以六價和三價形式存在，其中六價鉻的毒性遠 強于三價鉻，具有很強的氧化損傷作用，是癌癥研究機構認定的致癌致突變物質[6-10]， 已成為世界各國高度關注的污染物[11]。我國《地下水水質標準》（DZ/T0290-2015）中規定 Ⅰ類水中六價鉻含量不超過 0.005mg/L，《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）中規定 六價鉻濃度不超過 0.05mg/L，而《污水綜合排放標準》（GB18466-2005）中也規定了六價 鉻為一類污染物，其排放濃度不得超過 0.50mg/L。由此可見，研究如何去除水中的六價鉻， 有重要的理論意義和現實意義[12-13]。

目前，國內外處理含鉻廢水的方法有電解法[14]、化學還原法[15]、離子交換法[16]、和吸 附法[17]等。與其它方法相比，吸附法具有操作簡單、去除率高、成本相對較低、吸附劑可 再生等優點[18]。而常用的吸附劑主要有微生物和植物殘體[19-20]、天然或改性礦物質[21]、活 性炭[22]等?；钚蕴坷w維氈（activated carbon fiber felt，ACFF）是近年來發展起來的新型吸附 材料[23]，具有微孔結構發達、比表面積大、吸脫附速率快、吸附后便于回收等特點。

 本研究從微觀、宏觀兩個方面對活性炭纖維氈對水中六價鉻的吸附性能進行表征：微 觀實驗包括比表面積、孔容孔徑、掃描電鏡（SEM）、紅外光譜（FTIR）分析，宏觀實驗 主要包括吸附動力學、吸附等溫線實驗。初步分析了其吸附機理，提供了關鍵性能參數，明 確了活性炭纖維氈吸附水中六價鉻的可行性，為含鉻廢水的處理提供了技術支持和理論基礎

 1 實驗部分 1.1 儀器與試劑 儀器設備：電子天平（PWC254，英國 ADAM 衡器公司）；恒溫振蕩器（ZD-85，蘇州 國華儀器有限公司）；數顯鼓風干燥箱（GZX-9140，上海博訊醫療生物儀器股份有限公司）； 數控超聲波清洗器（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 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）；場發射掃描電鏡（SUPRATM 55，德國卡爾蔡司公司）；紅外光譜儀（Frontier FTIR，美國 PerkinElmer 公司）；紫外可見分光光度計（UV2550，日本島津公司）。 試劑與材料：六價鉻標準貯備液（中國計量科學研究院）；硝酸（優級純，天津市科密 歐化學試劑有限公司）；二苯碳酰二肼（分析純，天津市大茂化學試劑廠）；硫酸（優級純， 天津市化學試劑三廠）；活性炭纖維纖維氈（南通森友炭纖維有限公司）。

 為了保證實驗結果的準確性，需要清除活性炭氈表面上的雜質。將活性炭纖維氈在燒杯 中用高純水連續煮沸 5～6 h。然后用烘箱在 120℃下烘干，裝進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容量法全自動比表面積及孔隙度分析儀測定其 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，并拍攝具有 代表性的圖像。用紅外光譜儀測定其紅外吸收譜圖。 1.3.3 吸附量與吸附率的計算 準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℃、轉速 150r/min 恒溫振蕩。用 ICP 法測定溶液中剩余鉻的含量。吸 附量 q（mg/g）和用公式（1）計算。 

 1.3.4 動力學實驗 將 300mg 活性炭纖維氈與質量濃度為 1mg/L的含鉻溶液混合，于 25℃下進行恒溫振蕩。 利用 ICP 法測定反應時間分別為 1、2、3、5、8、10、15、20、30、45、60、90、150、240、 360、400min 時上層液體中鉻的平衡濃度，并采用一級動力學方程、顆粒內擴散方程、Elovich 方程和二級動力學方程等四種動力學模型來表征[3]。

1.3.5 等溫吸附實驗 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，反應時間為 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 程對等溫吸附過程進行模擬[3]。

 2 結果與討論

2.1 吸附劑性質 圖 1 所示為活性炭纖維氈的氮氣吸/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，在低相對壓力區域吸附等溫線斜率很大，隨著相對壓力 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和吸附劑之間存在較強的相互作用，這種吸附等溫線對應的材料一 般為微孔材料，表 2 列出的物理性質參數也充分印證了這一點。 由表 2 可以看出，活性炭纖維氈的孔隙結構發達、孔徑較小，有著較發達的 BET 比表 面積、微孔比表面積、總孔體積和微孔體積。

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本研究對吸附劑活性炭纖維氈進行了表征，并以電感耦合等離子體光譜儀和紫外可見分光光度計為分析手段，在優化實驗條件下，研究了活性炭纖維氈對溶液中鉻的吸附。結果表明， 活性炭纖維氈孔隙結構發達、孔徑較小，由大量直徑小而均勻的絲狀纖維構成，表面有少量 的醛基官能團。鉻在活性炭纖維氈上的吸附動力學模型符合二級動力學方程，是一種物理化學作用為主的吸附過程?；钚蕴坷w維氈對鉻的等溫吸附模型更符合 Langmuir 吸附等溫方 程，說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鉻含量明顯小于總鉻含量， 溶液中毒性較大的六價鉻還原為毒性較小的三價鉻，而對活性炭纖維氈的還原性，還需進一 步探討研究。