摘 要 ：将活性炭纤维毡进行表面预处理后对其进行表征，并以电感耦合等离子体光谱仪和紫外可见分光光 度计为分析手段，在优化实验条件下，初步探讨了活性炭纤维毡对六价铬的吸附机理。结果表明，吸附动 力学结果符合二级动力学方程，是一种物理-化学作用为主的吸附过程；等温吸附模型符合 Langmuir 吸附 等温方程。利用活性炭纤维毡吸附处理含铬废水,处理效果好、操作简单，可以作为去除水中六价铬的吸附 剂。

引言：随着我国工业的快速发展，含铬矿物被广泛应用于合金工业、电镀、制革、印染等行业， 因此这些工厂排出的废水往往含有较高浓度的含铬化合物[1-4]，此外，火山活动和岩石风化 等自然活动也会产生铬污染[5]。铬在水中主要以六价和三价形式存在，其中六价铬的毒性远 强于三价铬，具有很强的氧化损伤作用，是癌症研究机构认定的致癌致突变物质[6-10]， 已成为世界各国高度关注的污染物[11]。我国《地下水水质标准》（DZ/T0290-2015）中规定 Ⅰ类水中六价铬含量不超过 0.005mg/L，《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）中规定 六价铬浓度不超过 0.05mg/L，而《污水综合排放标准》（GB18466-2005）中也规定了六价 铬为一类污染物，其排放浓度不得超过 0.50mg/L。由此可见，研究如何去除水中的六价铬， 有重要的理论意义和现实意义[12-13]。

目前，国内外处理含铬废水的方法有电解法[14]、化学还原法[15]、离子交换法[16]、和吸 附法[17]等。与其它方法相比，吸附法具有操作简单、去除率高、成本相对较低、吸附剂可 再生等优点[18]。而常用的吸附剂主要有微生物和植物残体[19-20]、天然或改性矿物质[21]、活 性炭[22]等。活性炭纤维毡（activated carbon fiber felt，ACFF）是近年来发展起来的新型吸附 材料[23]，具有微孔结构发达、比表面积大、吸脱附速率快、吸附后便于回收等特点。

 本研究从微观、宏观两个方面对活性炭纤维毡对水中六价铬的吸附性能进行表征：微 观实验包括比表面积、孔容孔径、扫描电镜（SEM）、红外光谱（FTIR）分析，宏观实验 主要包括吸附动力学、吸附等温线实验。初步分析了其吸附机理，提供了关键性能参数，明 确了活性炭纤维毡吸附水中六价铬的可行性，为含铬废水的处理提供了技术支持和理论基础

 1 实验部分 1.1 仪器与试剂 仪器设备：电子天平（PWC254，英国 ADAM 衡器公司）；恒温振荡器（ZD-85，苏州 国华仪器有限公司）；数显鼓风干燥箱（GZX-9140，上海博讯医疗生物仪器股份有限公司）； 数控超声波清洗器（KQ-700DV，昆山市超声仪器有限公司）；电感耦合等离子体光谱仪 （Optima 8000，美国 PerkinElmer 公司）；比表面及孔径分析仪（3H-2000PS2，贝士德仪器 科技有限公司）；场发射扫描电镜（SUPRATM 55，德国卡尔蔡司公司）；红外光谱仪（Frontier FTIR，美国 PerkinElmer 公司）；紫外可见分光光度计（UV2550，日本岛津公司）。 试剂与材料：六价铬标准贮备液（中国计量科学研究院）；硝酸（优级纯，天津市科密 欧化学试剂有限公司）；二苯碳酰二肼（分析纯，天津市大茂化学试剂厂）；硫酸（优级纯， 天津市化学试剂三厂）；活性炭纤维纤维毡（南通森友炭纤维有限公司）。

 为了保证实验结果的准确性，需要清除活性炭毡表面上的杂质。将活性炭纤维毡在烧杯 中用高纯水连续煮沸 5～6 h。然后用烘箱在 120℃下烘干，装进干燥磨口瓶后置于干燥器中 待用[24]。

 1.3.2 活性炭纤维毡的表征 处理后的活性炭纤维毡用静态容量法全自动比表面积及孔隙度分析仪测定其 N2吸附、 脱附等温线、比表面积、孔容孔径、总孔体积等。用扫描电镜观察其表面形态，并拍摄具有 代表性的图像。用红外光谱仪测定其红外吸收谱图。 1.3.3 吸附量与吸附率的计算 准确称取活性炭纤维毡 300mg 置于 100mL 具塞锥形瓶中，再分别加入一定浓度的含铬 废水，于振荡器中 25℃、转速 150r/min 恒温振荡。用 ICP 法测定溶液中剩余铬的含量。吸 附量 q（mg/g）和用公式（1）计算。 

 1.3.4 动力学实验 将 300mg 活性炭纤维毡与质量浓度为 1mg/L的含铬溶液混合，于 25℃下进行恒温振荡。 利用 ICP 法测定反应时间分别为 1、2、3、5、8、10、15、20、30、45、60、90、150、240、 360、400min 时上层液体中铬的平衡浓度，并采用一级动力学方程、颗粒内扩散方程、Elovich 方程和二级动力学方程等四种动力学模型来表征[3]。

1.3.5 等温吸附实验 将 300mg 活性炭纤维毡与不同浓度的含铬溶液混合，于 25℃下恒温振荡，反应时间为 400min。含铬溶液的浓度分别为 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 程对等温吸附过程进行模拟[3]。

 2 结果与讨论

2.1 吸附剂性质 图 1 所示为活性炭纤维毡的氮气吸/脱附等温曲线。按照 IUPAC 分类法可得到：活性炭 纤维毡的吸附属于Ⅰ型吸附等温线，在低相对压力区域吸附等温线斜率很大，随着相对压力 的增大，等温线斜率变小，吸附量增幅变缓。

 这主要是由于吸附质和吸附剂之间存在较强的相互作用，这种吸附等温线对应的材料一 般为微孔材料，表 2 列出的物理性质参数也充分印证了这一点。 由表 2 可以看出，活性炭纤维毡的孔隙结构发达、孔径较小，有着较发达的 BET 比表 面积、微孔比表面积、总孔体积和微孔体积。

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本研究对吸附剂活性炭纤维毡进行了表征，并以电感耦合等离子体光谱仪和紫外可见分光光度计为分析手段，在优化实验条件下，研究了活性炭纤维毡对溶液中铬的吸附。结果表明， 活性炭纤维毡孔隙结构发达、孔径较小，由大量直径小而均匀的丝状纤维构成，表面有少量 的醛基官能团。铬在活性炭纤维毡上的吸附动力学模型符合二级动力学方程，是一种物理化学作用为主的吸附过程。活性炭纤维毡对铬的等温吸附模型更符合 Langmuir 吸附等温方 程，说明该体系的吸附主要为单分子层吸附。吸附平衡溶液中六价铬含量明显小于总铬含量， 溶液中毒性较大的六价铬还原为毒性较小的三价铬，而对活性炭纤维毡的还原性，还需进一 步探讨研究。