魯秀國，劉秀蘭，梁淑軒，于泊渠
（河北大學 化學與環境科學學院，河北 保定 071003）

　　摘要：TiO₂摻雜Pd²⁺作為吸附劑，利用此吸附劑進行了含鉻廢水的去除試驗，并與活性炭吸附法進行了對比，結果表明，對于Cr⁶⁺的質量濃度為80mg/L的水樣，Cr⁶⁺的去除率為99.5％，高于或相當于活性炭吸附法。Cr⁶⁺的解析率達到99.6％，吸附劑經再生后可以再行利用。
　　關鍵詞：TiO₂復合摻雜Pd²⁺吸附劑；含鉻廢水；去除率；解析率
　　中圖分類號：X703.5
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：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⁺廢水的處理，最常用的方法^[1]是先將Cr⁶⁺還原成Cr³⁺，隨后使Cr³⁺生成氫氧化物沉淀。常用的方法還有離子交換法、電化學法、蒸發回收、鉻酸鋇法、活性炭吸附法、TiO₂光催化法^[2]等，本文制備出了一種TiO₂摻雜Pd²⁺的吸附劑，利用此吸附劑進行了含鉻廢水的處理實驗，并與活性炭法進行了對比。

1 實驗部分

1.1 含Cr⁶⁺水樣
　　用K₂Cr₂O₇及濃度為1mol/L的H₂SO₄配制。ρ(Cr⁶⁺)=80mg/L0
1.2 TiO₂摻雜Pd²⁺吸附劑的制備^[3]
　　TiCl4醇解過程中加入含Pd²⁺的溶液，經微濾、干燥、鍛燒制得TiO₂摻雜Pd²⁺的吸附劑。
1.3 吸附實驗
　　取100mL水樣加入到燒杯中，調整溶液的pH值，加入一定量的TiO₂摻雜Pd²⁺吸附劑（以下簡稱吸附劑），開啟磁力攪拌器，攪拌一定時間后，取樣測定Cr⁶⁺的去除率^[4]。
　　Cr⁶⁺的去除率（％）=[(ρ₀-ρ)/ρ₀]×100％
　　式中：ρ₀－吸附前，水樣中Cr⁶⁺的質量濃度，mg/L；
　　　　　ρ－吸附后，水樣中Cr⁶⁺的質量濃度，mg/L。
1.4 解析實驗
　　1.3項實驗后，將溶液連同吸附劑一起袖濾，然后將上層殘留物加入到一定濃度和體積的HCl溶液中，攪拌至一定時間后取樣測定其中Cr⁶⁺的質量濃度（mg/L），由下式計算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⁺的質量濃度，mg/L；
　　　V₁－解析后溶液的體積，mL；
　　　ρ₀－吸附前溶液中Cr⁶⁺的質量濃度，mg/L；
　　　V₀－吸附前溶液的體積，mL。

2 結果與討論

2.1 吸附劑的吸附機理
　　吸附劑粒徑小，表面多孔，有較大的比表面積，所以具有很強的吸附作用和較大的吸附容量，可以將污物吸附而除去，同時，由于Pd²⁺的協同作用，更能夠提高其去除率。吸附劑的表面帶負電荷，極容易吸附水中帶正電荷的離子如Cr⁶⁺等，發生凝聚，產生難溶性的化合物，這些化合物再被吸附，沉降去除。
2.2 吸附時間的選擇
　　取100mL水樣，調整溶液的pH值為6.5，攪拌強度同1.3，吸附劑的用量為0.2g，不同攪拌時間下Cr⁶⁺去除率的變化如圖1所示。

　　從圖1可以看出，Cr⁶⁺的去除率剛開始隨著時間的增加而增加，但當吸附時間達到40min以后時，去除率達到99.5％，以后基本不再增加，這說明 Cr⁶⁺的吸附已經達到飽和，因此，在此反應條件下，吸附時間為40min。
2.3 吸附劑用量的選擇
　　取100mL水樣，調整溶液的pH值為6.5，攪拌強度同1.3，攪拌時間為40min，改變吸附劑的用量，其Cr⁶⁺去除率（％）的變化如圖2所示。

　　從圖2看出，Cr⁶⁺去除率隨吸附劑用量的增加而增加，當吸附劑的用量達到0.2g時，Cr⁶⁺去除率達到了99.5％，以后增加得不明顯，因此時對于Cr⁶⁺的質量濃度為80mg/L的水樣，經處理后，Cr⁶⁺的質量濃度已經降低到了0.4mg/L，該值已經達到了國家有關水質標準，故該實驗中，對于Cr⁶⁺的質量濃度為80mg/L的100mg/L水樣，吸附劑的用量定為0.2g。
2.4 溶液pH值的選擇
　　取100mL水樣，吸附劑的用量為0.2g攪拌強度同1.3，攪拌時間為40min，改變溶液的pH值，其Cr⁶⁺去除率的變化如表1所示。
　　從表1可以看出，當溶液pH值為6.5時，Cr⁶⁺的去除率最高，故本實驗選用pH值6.5。為何在此酸度下Cr⁶⁺去除率最高，其機理尚有待于進一步探討。

表1 溶液pH值和Cr⁶⁺吸附去除率的關系 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 解析實驗時解析條件的選擇
　　當吸附飽和時，需要將吸附劑進行解析，即將吸附劑再生。本文利用一定濃度的鹽酸浸泡吸附飽和的吸附劑，然后再將解析后的吸附劑高溫（約400℃，3h）處理，得到了可以再行利用的吸附劑。解析實驗中，影響因素主要是浸泡液中鹽酸濃度、用量及浸泡時間的選擇，對于1g（離心，甩干后重）吸附劑，其吸附飽和后的解析實驗數據見表2～表4。
　　從表2可以看出，在解析實驗中，對于1g（離心，甩干后重）的吸附劑，V(HCl):V(H₂O)為1:1。

表2 解析實驗鹽酸濃度的選擇 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

　　從表3可以看出，鹽酸（1:1）的用量達到9mL時，解析率已經達到了99.6％，再增加用量解析率變化不顯著，因此，本實驗中，對于1g（離心，甩干后重）吸附劑，解析時鹽酸（1:1）的用量為9mL。在確定的解析條件下，考察解析時間的影響，結果見表4。

表3 解析實驗鹽酸用量的選擇 1:1鹽酸用量/mL 解析率/％ 1:1鹽酸用量/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

　　從表4可以看出，解析時間達20min時，解析率為99.5％，再延長時間，解析率變化不明顯，因此，本實驗中，對于1g（離心，甩干后重）的吸附劑，解析時間達20min即滿足要求。

表4 解析實驗解析時間的選擇 解析時間/min 解析率/％ 解析時間/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摻雜Pd²⁺吸附劑吸附和活性炭吸附實驗比較
　　取100mL水樣，攪拌強度同1.3，攪拌時間40min，溶液的pH值6.5，在TiO₂摻雜Pd²⁺吸附劑和活性炭吸附劑的用量相同的條件下分別進行吸附實驗，結果見表5。

表5 TiO₂摻雜Pd²⁺吸附劑吸附和活性炭吸附實驗比較 吸附劑用量/g 吸附劑的去除率/％ 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結果說明二者用量相同的情況下，TiO₂摻雜Pd²⁺吸附劑對Cr⁶⁺的去除率普遍高于（或相當于）活性炭對Cr⁶⁺的去除率，當然，活性炭的吸附條件（如溫度、pH值等）可能和TiO₂摻雜Pd²⁺吸附劑的吸附條件不同，但這里只是為了說明本實驗用吸附劑的優越，并沒有做過多的研究。

3 結論

　　利用TiO₂摻雜Pd²⁺吸附劑成功處理了含Cr⁶⁺廢水，對于ρ(Cr⁶⁺)為80mg/L的10OmL水樣，吸附劑用量0.2g，吸附時間40min，溶液pH值6.5，此時Cr⁶⁺的去除率99.5％，相當于在此實驗條件下活性炭對Cr⁶⁺的去除率，在合適的解析條件下，解析率可達到99.6％。

參考文獻：
[1]勞勒DF．現代水處理技術[M]．北京：中國環境出版社，1982．
[2]魯秀國．二氧化鈦光催化還原Cr(VI)的研究[J]．河北大學學報，2000，20(1)：20～25．
[3]魯秀國．高效光催化劑的制備及對含Cr(VI)廢水的處理研究[D]．哈爾濱工業大學碩士論文，1996．
[4]奚里立，孫裕生，劉秀英．環境監測（修訂版）[M]．北京，高等教育出版社，2001，387～388．

作者簡介：魯秀國（1964～），男，吉林農安人，副教授，工學博士，主要從事環境污染與防治的研究，電話（0312）5079422，13070513973。