《農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物對(duì)廢水中鉻的吸附效果探究》10000字（論文）

農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物對(duì)廢水中鉻的吸附效果研究摘要本文利用廢棄玉米秸稈來(lái)研究對(duì)含鉻污水的吸附作用，重點(diǎn)是用超聲波和堿處理及醚化接枝的方法來(lái)對(duì)玉米秸稈進(jìn)行改性得到吸附劑。使用改性玉米秸稈吸附劑對(duì)含鉻污水進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)和吸附優(yōu)化正交實(shí)驗(yàn)，并逐個(gè)講解了吸附時(shí)間、吸附溫度、pH值、吸附劑投入量以及含鉻溶液的初始濃度在吸附過(guò)程中對(duì)改性玉米秸稈吸附劑吸附污水中鉻離子的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，經(jīng)堿處理及醚化接枝的吸附劑的吸附效果明顯比超聲波吸附劑的高。經(jīng)堿處理和醚化接枝的吸附劑對(duì)含鉻污水的吸附率可以達(dá)到95%以上。但是經(jīng)超聲波改性的玉米秸稈吸附劑對(duì)Cr(VI)的吸附率僅為87%左右。另外，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)分析可得，經(jīng)堿處理及醚化接枝的吸附劑對(duì)含Cr(VI)污水的效果最佳也達(dá)到了96%以上，最佳條件為：吸附劑投入量為0.5g/50ml、溶液初始濃度為10mg/l、pH值為1、吸附時(shí)間為120min時(shí)。且影響的效果最大的為吸附劑投入量，影響最小的為含Cr(VI)溶液的初始濃度。該吸附優(yōu)化結(jié)果對(duì)吸附重金屬污水有參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：玉米秸稈；Cr(VI)；吸附；改性1綜述1.1引言水污染一直以來(lái)都是備受關(guān)注的話題，水是人類和生物不可缺少的生命之源。我國(guó)水資源總量在全球排名為第六，同時(shí)也是水資源缺乏國(guó)家之一。由于城市的現(xiàn)代化和化學(xué)工業(yè)技術(shù)的提高，廢水的排放量越來(lái)越多，污水中的重金屬污染也是更加嚴(yán)重。由于重金屬離子存在難降解和生物積累的特性，因此不管是水體還是土壤及生物，一旦被污染就很難去除，重金屬?gòu)U水對(duì)環(huán)境的污染已威脅到環(huán)境安全和人類健康[1]。其中鉻（Cr）就是重金屬污染物之一,無(wú)論是鉻元素還是鉻鹽，都是化學(xué)工業(yè)原料至關(guān)重要的一部分，在電鍍、冶金、紡織等各個(gè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。1.2鉻的研究及其發(fā)展1.2.1鉻的性質(zhì)及其危害鉻是重金屬離子中極不活潑的一種，一般情況下是超級(jí)穩(wěn)定的。好多工廠以金屬鉻作保護(hù)層，生產(chǎn)電鍍產(chǎn)品[2]，然后過(guò)量參雜鉻離子的污水經(jīng)過(guò)不正當(dāng)?shù)奶幚矸绞竭M(jìn)入人們所生活的安逸環(huán)境中，對(duì)于環(huán)境肯定會(huì)有所損害。鉻同時(shí)也是有毒的重金屬離子之一。鉻離子中主要是Cr(III)和Cr(VI)具有毒性，六價(jià)鉻為慢性吸入性毒物。鉻污染也是眾多化學(xué)物質(zhì)中，對(duì)人體傷害極大的一種；六價(jià)鉻會(huì)引起機(jī)體DNA變性，且在生物體內(nèi)以CrO42-和HCr04-的形式穿過(guò)細(xì)胞膜，在谷胱甘肽作用下還原為鉻(III)，產(chǎn)生鉻(VI)中間體及活性氧自由基(或羥基自由基），對(duì)環(huán)境和人類造成嚴(yán)重而持久的危害，是眾所周知的有毒物和致癌物[3]，接觸久了不僅會(huì)引起皮膚的不適和肝腎循環(huán)，還會(huì)很大程度損害大腦神經(jīng)。Cr(VI)在土壤和污水中都有存在，土地資源對(duì)我們來(lái)說(shuō)是生活中不可或缺的一部分，在土壤溶液中，由于土壤膠體吸附能力較弱，而鉻的活性較強(qiáng)，不容易被土壤所修復(fù)，就會(huì)很大程度的傷害土壤中的植物體。主要的是人類一旦食用含鉻超標(biāo)的食物就會(huì)出現(xiàn)中毒的現(xiàn)象以及和鉻有關(guān)的職業(yè)病[3]。Cr(VI)在污水中的毒性更強(qiáng)，是因?yàn)镃r(Ⅵ)具有強(qiáng)氧化性的特點(diǎn)。對(duì)水的自身結(jié)構(gòu)污染嚴(yán)重，對(duì)人體健康有極大的危害，有致癌的可能。因此Cr(Ⅵ)離子早就被我國(guó)列為重點(diǎn)解決的重金屬污染物之一，去除污水中的Cr(Ⅵ)一直以來(lái)都是熱點(diǎn)話題。1.2.2簡(jiǎn)述去除鉻離子的方法國(guó)內(nèi)處理重金屬污水的常用方法有還原沉淀法[4]、離子交換法、吸附法[5]等。去除Cr(VI)的方法有化學(xué)沉淀法、吸附法、膜過(guò)濾法和離子交換法等[6]。上述方法去除Cr(VI)的成本較高，操作較難。然而運(yùn)用最廣的就是吸附法，有吸附性能好和成本低的優(yōu)點(diǎn)，美中不足的是吸附劑的問(wèn)題[7,8]。而目前的熱點(diǎn)研究方向是用生物材料吸附處理污水中的鉻離子，此方法成本不高、效果明顯且對(duì)環(huán)境污染較小[9]。國(guó)內(nèi)外研究者廣泛利用各種農(nóng)業(yè)廢棄物（花生殼、龍眼殼、核桃殼、稻草、玉米秸稈）等對(duì)污水中Cr(VI)進(jìn)行吸附處理，都有明顯收獲。1.2.2.1化學(xué)沉淀法化學(xué)沉淀法是一種廣泛用來(lái)處理六價(jià)鉻離子的方法，在酸性水溶液環(huán)境中，六價(jià)鉻被還原為三價(jià)鉻；隨后加入堿性物質(zhì)調(diào)節(jié)pH值至弱堿性；最后弱堿性物質(zhì)與三價(jià)鉻離子可生成沉淀，達(dá)到去除六價(jià)鉻離子的效果。目前所用的還原劑大多都是含硫還原劑，還原性比含鐵還原劑高?；瘜W(xué)沉淀法有成本費(fèi)用不高、工藝過(guò)程不復(fù)雜等突出優(yōu)點(diǎn)，但是如果污水中的污泥量較大會(huì)產(chǎn)生大量沉淀，比較不好處理，會(huì)影響鉻離子的去除，還可能對(duì)環(huán)境造成二次污染，需要妥善處理。1.2.2.2膜分離法膜分離法是通過(guò)功能性薄膜的選擇透過(guò)性，以電位差作為推動(dòng)力，對(duì)有害組分進(jìn)行濃縮分離過(guò)程。膜分離過(guò)程組分不變，凈化效率高[10]。去除水中鉻離子時(shí)，首先進(jìn)行的是用反滲透法對(duì)六價(jià)鉻進(jìn)行分離以及濃縮，在與其他技術(shù)的配合下達(dá)到出水的達(dá)標(biāo)排放；然后直接將電滲析液用作電鍍液，進(jìn)而達(dá)到提高去除鉻離子的效果；最后當(dāng)溶液中鉻離子進(jìn)入膜有機(jī)相后進(jìn)行萃取，膜相的流動(dòng)載體將鉻離子轉(zhuǎn)移到膜中的水相進(jìn)行反萃取[11]。膜分離技術(shù)有節(jié)約資源、去除效率高、不會(huì)造成二次污染、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)。但也有膜組件昂貴和使用過(guò)程中膜被污染和通量下降等缺點(diǎn)[12]。1.2.2.3離子交換法離子交換法是利用材料中的可交換自由離子與污水溶液中的鉻離子進(jìn)行交換以達(dá)到凈化污水的目的，當(dāng)材料吸附達(dá)到飽和時(shí)，可在洗脫液中再生后循環(huán)使用[10]。此法處理含鉻廢水的主要用途是回收鉻金屬。在進(jìn)行含鉻廢水處理時(shí)多數(shù)用的是強(qiáng)堿性陰離子樹脂去除六價(jià)鉻離子，用離子交換樹脂去除Cr(III)。此法有吸附率高、飽和容量大等優(yōu)點(diǎn)，有廣闊的發(fā)展天地[13]。但是缺點(diǎn)也是明顯突出，諸如投入大、廢水排放量過(guò)多和廢水中的成分復(fù)雜可能會(huì)使樹脂受到污染。1.2.2.4生物法生物法是常用來(lái)處理污水中鉻離子的方法之一，主要是利用細(xì)菌、酵母菌等依靠自身分泌的胞外物質(zhì)和細(xì)胞表面的化學(xué)基團(tuán)與Cr(VI)發(fā)生離子交換、表面絡(luò)合、物理吸附或還原沉淀等作用，從而將Cr(VI)去除的方法[14]。近些年，微生物也能去除Cr(VI)，去除效果非常明顯,同時(shí)也存在還原能力不足、生產(chǎn)周期長(zhǎng)等問(wèn)題。除了微生物，植物也可用來(lái)吸附重金屬離子，其中，水仙、浮萍、水蓮和藻類對(duì)六價(jià)鉻的富集能力較好，使用植物修復(fù)法處理污水中的鉻離子可以達(dá)到更好的去除效果，不僅成本較低，操作起來(lái)也比較方便[3]。比起其他處理鉻離子的傳統(tǒng)方法，生物法更受歡迎，是因?yàn)樯锓ň哂形ｋU(xiǎn)指數(shù)低、穩(wěn)定性強(qiáng)、效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。1.2.2.5吸附法吸附法也是去除污水中鉻離子的方法之一，主要是通過(guò)吸附劑和吸附質(zhì)之間的化學(xué)鍵力或分子引力等作用力，將鉻從廢水中吸附分離除去[14]。吸附法的重中之重是吸附劑和吸附材料的選擇；吸附劑一般有吸附能力強(qiáng)、可再生、價(jià)廉等特點(diǎn)。吸附劑的種類較多，文獻(xiàn)里寫過(guò)的Cr(VI)吸附材料主要包括活性炭材料（商用活性炭和生物質(zhì)改性活性炭）和生物質(zhì)材料（含有纖維素和木質(zhì)素的農(nóng)作物），除此之外，粉煤灰、爐渣等工業(yè)廢料也可以用作對(duì)鉻離子吸附的相關(guān)研究[10]。由于活性炭有比表面積比較大和孔結(jié)構(gòu)比較豐富的特點(diǎn)，所以活性炭是吸附污水中六價(jià)鉻離子常用的吸附劑，對(duì)鉻離子的吸附容量大，唯一不足就是活性炭的成本較高，應(yīng)用受到很大的限制。但是用單一吸附劑的去除效果不夠突出，因此更多學(xué)者開始研究用改性后的吸附劑來(lái)吸附廢水中的鉻離子。李英杰[15]等人用硫酸浸泡活性炭后，Cr(VI)去除率高達(dá)91％左右；左衛(wèi)元[16]等人用氯化鐵溶液對(duì)活性炭改性，研究改性活性炭對(duì)水中Cr(Ⅵ)的吸附性能，得到對(duì)Cr(Ⅵ)的去除率為91.4%。常愛香[17]等人研究改性核桃殼對(duì)含Cr(VI)廢水的吸附效果，對(duì)Cr(VI)的吸附率可達(dá)99.65％。賀龍強(qiáng)[18]等人用堿改性后的粉煤灰吸附鉻離子的效果較好，Cr(VI)的去除率可達(dá)到99％左右。綜上所述，吸附法在處理含鉻廢水方面有著寬闊的發(fā)展領(lǐng)域。1.2.2.6其他方法光催化法是一種借助光源、結(jié)合氧化還原的特點(diǎn)發(fā)展的新型進(jìn)化技術(shù)。光催化法處理六價(jià)鉻具有操作簡(jiǎn)單、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。不好之處就是由于光催化反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜，光源難以掌控。因此用光催化法處理六價(jià)鉻來(lái)研究光催化還原性能還有待進(jìn)一步提高，尚未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用[10]。納米技術(shù)的研究在水污染治理方面已有廣泛的運(yùn)用，尤其納米級(jí)的零價(jià)鐵處理含Cr(VI)污水中鉻離子已有明顯效果。新型介孔材料也有去除污水中鉻離子的作用，因具有熱穩(wěn)定性較好、比表面積大、孔隙率高等[12]特點(diǎn)，成為了國(guó)內(nèi)外研究者研究的熱點(diǎn)話題。污水中的鉻離子成分復(fù)雜，應(yīng)該要根據(jù)各種方法的利弊選擇最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法，可以考慮各種技術(shù)的交叉運(yùn)用，整成組合的工藝，廣泛實(shí)踐。以上的每個(gè)去除鉻離子的方法都各有各的原理和特點(diǎn)，有的技術(shù)已成熟被廣泛應(yīng)用，有的還處于被發(fā)展的階段并沒(méi)有真正應(yīng)用到工業(yè)化生產(chǎn)中；為達(dá)到國(guó)家廢水排放的標(biāo)準(zhǔn)，我們可以綜合使用這些方法，達(dá)到以廢治廢的目的。1.3玉米秸稈的應(yīng)用進(jìn)入21世紀(jì)后，科技越來(lái)越發(fā)達(dá)，人們的生活水平也漸漸提升，對(duì)于農(nóng)作物的處理是越來(lái)越草率，成畝的玉米秸稈不是被多數(shù)人焚燒了就是被廢棄了，既荒廢了土地資源又對(duì)環(huán)境造成了損害。眾所周知，我國(guó)每年玉米秸稈的產(chǎn)量最少達(dá)到3億噸[19]，主要分布在我國(guó)的東北、華北及華中地區(qū)大量種植。少數(shù)的玉米秸稈用來(lái)飼養(yǎng)家畜和取暖，大多數(shù)的玉米秸稈在農(nóng)作物收成之后被隨意堆放；尤其農(nóng)村大多數(shù)農(nóng)民環(huán)保意識(shí)薄弱，意識(shí)不到秸稈廢棄和焚燒對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)的巨大負(fù)外部效應(yīng)，忽視秸稈資源利用價(jià)值，嚴(yán)重制約了秸稈的綜合利，因此，推進(jìn)玉米秸稈的循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展刻不容緩[20]。1.3.1玉米秸稈的組成及應(yīng)用玉米秸稈主要是由C、H、O等元素組成。其中有半纖維素等，還含有豐富的纖維素、淀粉、蛋白質(zhì)等，可以作為造紙的原料。因此在造紙方面有大的造詣，但由于應(yīng)用技術(shù)水平相對(duì)較低，有些技術(shù)上的困難沒(méi)有找到有效的解決方法。玉米秸稈在工業(yè)中的應(yīng)用不僅如此，在制燃料酒精、制人造板材（具有天然降解性）、生產(chǎn)一次性筷子等方面都各有發(fā)展；還能栽培食用菌，可以給農(nóng)民帶來(lái)收益。近年來(lái)，改性玉米秸稈在吸附污水中的重金屬離子方面有著很大的造詣，特別是玉米秸稈具有吸附銅、鉻等重金屬離子的潛在能力，可以經(jīng)過(guò)物理和化學(xué)方法對(duì)玉米秸稈進(jìn)行改性，提高吸附效率[21]。因此要想使玉米秸稈得到更加有效的利用，就得擴(kuò)大玉米秸稈的應(yīng)用領(lǐng)域。1.3.2改性玉米秸稈對(duì)鉻離子吸附的應(yīng)用張鐵軍[22]等人采用檸檬酸、殼聚糖和Fe3O4對(duì)玉米秸稈進(jìn)行改性制備吸附劑，通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)和分析來(lái)研究玉米秸稈改性的吸附效果，得出改性玉米秸稈對(duì)鉻離子的吸附作用大幅度的提高。曾春慧[21]等人以玉米秸稈為原料，用草酸對(duì)其進(jìn)行化學(xué)改性，吸附率達(dá)到最大值97%。黃嵐[23]等人采用超聲波對(duì)玉米秸稈進(jìn)行了輔助改性，研究了超聲波改性玉米秸稈吸附劑吸附溶液中的Cr(VI)的影響，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出玉米秸稈對(duì)廢水中Cr(VI)的吸附性能良好，為廢水中Cr(VI)的去除提供了參考價(jià)值，同時(shí)也為生物材料的改性提供了借鑒意義。1.3.3改性玉米秸稈的發(fā)展前景農(nóng)業(yè)廢棄物在吸附污水中的鉻離子方面越來(lái)越普及，大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，不僅僅是玉米秸稈，還有稻草、龍眼殼、花生殼、茶葉渣、核桃殼等對(duì)鉻離子都有著吸附作用。但是相比于改性甘蔗渣吸附劑、改性龍眼殼吸附劑、改性花生殼吸附劑等，改性玉米秸稈吸附劑的吸附效果最佳，由此可知，玉米秸稈的應(yīng)用在吸附廢水中重金屬離子領(lǐng)域有著不可限量的發(fā)展。1.4本文研究的目的及意義隨著工業(yè)化過(guò)程中含鉻廢水的排放越來(lái)越多，導(dǎo)致水環(huán)境遭受Cr污染，去除污水中鉻離子的方法有很多，吸附法是最有潛力的一種?；钚蕴烤哂辛己玫奈叫阅埽渲苽涑杀据^高，一般不被選擇。用農(nóng)業(yè)廢棄物吸附處理鉻離子是目前研究熱點(diǎn)，有原料廣泛、成本也不高、污染小等特點(diǎn)；農(nóng)業(yè)廢棄物中占比最多的就是秸稈類，所以本文以玉米秸稈為原料，對(duì)其進(jìn)行改性；研究改性后的玉米秸稈對(duì)廢水中Cr(VI)的吸附性能，來(lái)尋求通過(guò)不同改性玉米秸稈的方法，為今后研究去除廢水中的鉻離子給予理論上的支持和進(jìn)一步推動(dòng)玉米秸稈在工業(yè)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

2材料與方法2.1實(shí)驗(yàn)試劑實(shí)驗(yàn)所需試劑見表2.1。表2.1實(shí)驗(yàn)試劑實(shí)驗(yàn)用水皆為自制蒸餾水。2.2儀器和設(shè)備實(shí)驗(yàn)用到的儀器見表2.2。2.3溶液的配制實(shí)驗(yàn)中用到的溶液的配制見表2.3表2.3溶液的配制2.4標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制取6個(gè)容量瓶，逐個(gè)加0、1.00、2.00、3.00、4.00和5.00ml的100mg/l的含鉻溶液。再依次加入硫酸和磷酸溶液，隨后向每個(gè)容量瓶中加3ml的顯色劑(二苯碳酰二肼溶液),稀釋至標(biāo)線，搖勻。反應(yīng)5-10分鐘后，測(cè)定吸光度。然后以吸光度為縱坐標(biāo)，相應(yīng)六價(jià)鉻濃度為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。如下圖所示，表2.4標(biāo)準(zhǔn)曲線表編號(hào)123456Cr(VI)濃度（mg/l）00.20.40.60.81.0吸光度A00.1620.2980.4510.5820.724V(含鉻使用液)/ml01.002.003.004.005.00圖2.1標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

3實(shí)驗(yàn)部分3.1改性玉米秸稈吸附劑的制備從靖遠(yuǎn)農(nóng)戶家中選取一些直徑大概在3cm左右的天然玉米秸稈，然后將玉米秸稈截切成20cm-30cm的段，除雜后自然風(fēng)干一段時(shí)間，稱取玉米秸稈的質(zhì)量，置于70°C恒溫烘箱中烘6個(gè)小時(shí)，再稱取烘干后玉米秸稈質(zhì)量。去皮之后稱取其質(zhì)量，然后分為兩種形式的原料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。一種是切成直徑2.5cm左右、長(zhǎng)為0.5cm左右的小塊，另外一種是經(jīng)高功能粉粹機(jī)粉粹的玉米秸稈粉末；稱其質(zhì)量后于干燥器(加入氯化鈣和變色硅膠)中密封保存。3.1.1超聲波制備改性玉米秸稈吸附劑圖3.1超聲波制備改性玉米秸稈的方框流程圖用電子天平稱取一定量的玉米秸稈粉末和一定量的玉米秸稈塊分別置于燒杯中。然后加入蒸餾水浸泡半個(gè)小時(shí)，在35°C下于超聲波清洗機(jī)中超聲10分鐘，取出后用循環(huán)水式真空泵對(duì)超聲過(guò)的玉米秸稈進(jìn)行減壓抽濾，將抽濾所得的濾渣于75°C烘箱中烘8小時(shí)左右，直至烘干；所得的就是改性玉米秸稈吸附劑，最終放入干燥器中密封保存以便后續(xù)使用。用超聲波制備改性玉米秸稈吸附劑的方框流程圖如圖3.1所示。3.1.2堿處理及醚化接枝制備改性玉米秸稈吸附劑首先進(jìn)行堿處理：取一定量的經(jīng)粉碎機(jī)粉碎好的玉米秸稈粉末于燒杯中，用一定量的氫氧化鈉溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%)于90°C水浴鍋中煮沸三小時(shí)，冷卻后用蒸餾水經(jīng)循環(huán)水式真空泵進(jìn)行減壓抽濾水洗直至中性，在75°C下于烘箱中烘干得到預(yù)處理玉米秸稈[24]。醚化接枝：用電子天平稱4g預(yù)處理玉米秸稈，放入帶有攪拌器、冷凝管和溫度計(jì)的三口燒瓶中。再用量筒分別稱取N，N一二甲基甲酰胺15.0mL、甲苯30.0mL加入三口燒瓶中，將溫度調(diào)至110℃，讓其反應(yīng)0.5小時(shí)。然后量取10.0mL環(huán)氧氯丙烷加入三口燒瓶中，繼續(xù)反應(yīng)2.5小時(shí)。再加入15.0mL三乙胺，恒溫接枝反應(yīng)[24]3小時(shí)，所得到的產(chǎn)物經(jīng)循環(huán)水式真空泵抽濾后，用無(wú)水乙醇及超純水洗滌至中性，最后將洗滌產(chǎn)物于80℃下烘干至恒量，所得為改性玉米秸稈吸附劑。經(jīng)堿處理及醚化接枝制備改性玉米秸稈吸附劑的方框流程圖如圖3.2所示。圖3.2堿處理及醚化接枝制備改性玉米秸稈方框流程圖3.2單因素吸附實(shí)驗(yàn)將一定量的六價(jià)鉻污水溶液加入到200ml的燒杯中，將溫度，pH控制在一定條件下，加入改性玉米秸稈吸附劑，振蕩吸附一定的時(shí)間；然后通過(guò)控制單因變量（吸附溫度、吸附時(shí)間、Cr(VI)溶液的初始濃度、吸附劑的投入量、pH值等）來(lái)探究不同條件下改性玉米秸稈吸附劑對(duì)污水中六價(jià)鉻的吸附情況。通過(guò)測(cè)定吸附后Cr(VI)溶液的吸光度，計(jì)算Cr(VI)濃度，同時(shí)計(jì)算Cr(VI)吸附率；吸附率按式（1）來(lái)計(jì)算。式中：Q為Cr(VI)吸附率，％；Co、Ce分別為Cr(VI)的初始濃度、根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線算出的濃度，mg／L。3.3正交實(shí)驗(yàn)在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)堿處理及醚化接枝改性玉米秸稈吸附劑對(duì)含Cr(VI)污水的影響為考察條件，并且采用L16(44)進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。表3.1正交實(shí)驗(yàn)表

4結(jié)果與分析4.1超聲波改性玉米秸稈吸附劑對(duì)含Cr(VI)污水的影響4.1.1吸附劑投入量對(duì)含Cr(Ⅵ)溶液吸附的影響分別稱取0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.8、1.0g改性玉米秸稈粉末和玉米秸稈塊，分別加入到盛有50ml含鉻廢水溶液（20mg/l）的錐形瓶中，在溫度為25°C、pH為1和磁力攪拌器攪拌的情況下吸附反應(yīng)180min;結(jié)果如圖4.1所示，由圖可以看出玉米秸稈粉末吸附劑比玉米秸稈塊吸附劑的效果更加明顯，而且二者在0.8g的時(shí)候吸附率相對(duì)較高，增加吸附劑的用量，吸附效果就處于基本保持不變的狀態(tài)。這是因?yàn)槲絼┩度肓康闹饾u增加，讓可吸附Cr(Ⅵ)的活性位點(diǎn)變多。但溶液中Cr(Ⅵ)離子濃度未變,從而單位生物質(zhì)的吸附容量一直在下降[23]。因此本實(shí)驗(yàn)最佳吸附劑用量為0.8g/50ml。圖4.1吸附劑投入量對(duì)含Cr(Ⅵ)溶液吸附的影響4.1.2吸附時(shí)間對(duì)Cr(Ⅵ)溶液吸附的影響分別稱取0.8g的玉米秸稈粉末與玉米秸稈塊吸附劑加入到盛有50ml(20mg/l)的含鉻溶液中，pH為1，在溫度為25°C的條件下于磁力攪拌器攪拌下吸附反應(yīng)不同時(shí)間（60min、120min、180min、240min、300min）；結(jié)果如圖4.2所示，從圖中可以看出，不管是玉米秸稈粉末還是玉米秸稈塊改性吸附劑對(duì)Cr(VI)的吸附率隨吸附時(shí)間的增加先上升，在吸附180min時(shí)吸附率最高。之后吸附過(guò)程達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，吸附率穩(wěn)定。原因可能是吸附初始階段，超聲波改性玉米秸稈對(duì)Cr(Ⅵ)以最快的速度進(jìn)入吸附劑表面[25]，導(dǎo)致溶液中Cr(Ⅵ)的濃度迅速降低。同時(shí)玉米秸稈粉末吸附劑比玉米秸稈塊吸附劑效果更佳，所以本實(shí)驗(yàn)后續(xù)只選擇玉米秸稈粉末吸附劑，且吸附反應(yīng)時(shí)間為180min。圖4.2吸附時(shí)間對(duì)Cr(Ⅵ)溶液吸附的影響4.1.3吸附溫度對(duì)Cr(Ⅵ)溶液吸附的影響分別稱取0.8g的玉米秸稈粉末吸附劑加入到盛有50ml(20mg/l)的含鉻溶液中，pH為1，在磁力攪拌器中以不同溫度（20°C、30°C、40°C、50°C、60°C、70°C）振蕩吸附反應(yīng)180min;如圖4.3所示，由圖可以看出，隨著反應(yīng)溫圖4.3吸附溫度對(duì)Cr(Ⅵ)溶液吸附的影響度的升高，超聲波改性玉米秸稈對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附率先升高后下降，但下降趨勢(shì)比較平穩(wěn)，在50℃時(shí)吸附效果最佳；當(dāng)溫度在20℃至50℃上升時(shí)，隨著溫度升高使溶液中少量的Cr(Ⅵ)還原成Cr(Ⅲ)，吸附率隨之升高。當(dāng)溫度高于50℃時(shí)，超聲波改性玉米秸稈的表面基團(tuán)的活性有所下降，隨著溫度越來(lái)越高，對(duì)含鉻廢水的吸附率也逐漸平緩。4.1.4溶液初始濃度對(duì)Cr(Ⅵ)溶液吸附的影響分別稱取0.8g的玉米秸稈粉末吸附劑加入到盛有50ml的含鉻溶液中（溶液的初始濃度分別為10mg/l、20mg/l、30mg/l、40mg/l、50mg/l），在溫度為25°C、pH為1和磁力攪拌器攪拌下吸附反應(yīng)180min;如圖4.4所示。由圖可以看出，溶液初始濃度為10mg/L時(shí)，吸附率最高，隨著溶液初始濃度的增加，吸附率呈下降的趨勢(shì)且較明顯。此現(xiàn)象正好說(shuō)明了隨著含鉻溶液濃度的增加，游離的Cr(Ⅵ)大大增加，而吸附劑的質(zhì)量是有限的，相當(dāng)于有效活性位點(diǎn)是有限的，以致于玉米秸稈吸附劑不能為更多的Cr(Ⅵ)提供有效活性位點(diǎn)，所以初始濃度越高，Cr(Ⅵ)的吸附率越低；此實(shí)驗(yàn)的初始濃度為20mg/l。圖4.4溶液初始濃度對(duì)Cr(Ⅵ)溶液吸附的影響4.1.5pH值對(duì)Cr(Ⅵ)溶液吸附的影響分別稱取0.8g的改性玉米秸稈粉末吸附劑加入到盛有50ml(20mg/l)的含鉻溶液中，在溫度為25°C、pH分別為（1、2、4、6、8）條件于磁力攪拌器攪拌下吸附反應(yīng)180min;其余步驟同3.2；pH值對(duì)Cr(Ⅵ)溶液吸附的影響如圖4.5所示，由圖可以看出，在pH為1時(shí)吸附效果最佳，最高為87.82%，與圖4.1中相同條件（吸附劑的投入量為0.8g）相比，吸附率較高，可能是因?yàn)閜H調(diào)節(jié)較為明顯，存在誤差；隨著pH的增加，吸附劑的吸附率在逐漸減小，可能是因?yàn)槲絼┑谋砻嬷饾u呈現(xiàn)負(fù)電性，六價(jià)鉻與吸附劑表面活性位點(diǎn)的結(jié)合力下降[23]。因此，本實(shí)驗(yàn)取pH為1，吸附率為最佳。圖4.5pH值對(duì)Cr(Ⅵ)溶液吸附的影響4.2堿處理及醚化接枝改性玉米秸稈吸附劑對(duì)含Cr(VI)污水的影響4.2.1吸附劑投入量對(duì)Cr(Ⅵ)溶液吸附的影響分別稱取0.5、1.0、1.5、2.0、2.5g改性玉米秸稈吸附劑，加入到盛有50ml(20mg/l)的含鉻溶液中，在溫度為25°C、pH為1和磁力攪拌器攪拌的情況下吸附反應(yīng)180min;其余步驟同3.2；吸附劑用量對(duì)Cr(Ⅵ)溶液吸附的影響如圖4.6所示，由圖可以看出,隨著玉米秸稈吸附劑質(zhì)量的增加，吸附率逐漸升高，最大高達(dá)96.91%；吸附劑質(zhì)量在0.5g-2.0g時(shí)，吸附率呈直線上升，增加了大約2%；吸附劑質(zhì)量在2.0g-2.5g期間，吸附率下降。隨著吸附劑投入量的增加，吸附率在上升；當(dāng)吸附劑的投入量達(dá)到飽和時(shí)，溶液變得粘稠，以致于吸附效果不佳。圖4.6吸附劑投入量對(duì)Cr(Ⅵ)溶液吸附的影響4.2.2吸附時(shí)間對(duì)Cr(Ⅵ)溶液吸附的影響分別稱取0.5g的改性玉米秸稈粉末吸附劑加入到盛有50ml(20mg/l)的含鉻溶液中，在溫度為25°C、pH為1條件于磁力攪拌器攪拌下吸附反應(yīng)不同時(shí)間（60min、90min、120min、150min、180min、210min）；其余步驟同3.2；吸附時(shí)間對(duì)Cr(Ⅵ)溶液吸附的影響如圖4.7所示，由圖可以看出，隨著吸附反應(yīng)時(shí)圖4.7吸附時(shí)間對(duì)Cr(Ⅵ)溶液吸附的影響間的增加，改性玉米秸稈吸附劑對(duì)含Cr(VI)污水溶液的吸附率逐步提高。在60min-180min期間吸附率慢慢增加。在180min之后，吸附率基本不變。主要是由于剛開始Cr(VI)的濃度較大，與顯露出來(lái)的吸附活性基團(tuán)較為頻繁的接觸。隨著吸附反應(yīng)時(shí)間的增加，尤其是在180min后，吸附率不再大幅度增加。原因是Cr(VI)把吸附劑表面的吸附位點(diǎn)重重包圍，讓其達(dá)到飽和，此時(shí)的吸附率為95.67%。4.2.3pH值對(duì)Cr(Ⅵ)溶液吸附的影響分別稱取0.5g的改性玉米秸稈粉末吸附劑加入到盛有50ml(20mg/l)的含鉻溶液中，在溫度為25°C、pH分別為（1、2、4、6、8）條件于磁力攪拌器攪拌下吸附反應(yīng)180min;其余步驟同3.2；pH值對(duì)Cr(Ⅵ)溶液吸附的影響如圖4.8所示，由圖可以看出，在pH為1時(shí)吸附效果最佳，最高為96.51%，與圖4.5中相同條件（吸附劑的質(zhì)量為0.5g）相比，吸附率較高，可能是因?yàn)閜H調(diào)節(jié)較為明顯，存在誤差；隨著pH的增加，吸附劑的吸附率在逐漸減小，當(dāng)2<pH<8時(shí)，吸附效果相對(duì)較低；當(dāng)pH為8時(shí)，吸附率又開始上升，主要是因?yàn)橛袎A的存在，Cr(VI)的溶解性可能會(huì)降低，較為容易轉(zhuǎn)化成其他形式的離子；因此，本實(shí)驗(yàn)取pH為1，吸附率為最佳。圖4.8pH值對(duì)Cr(Ⅵ)溶液吸附的影響4.2.4溶液初始濃度對(duì)Cr(Ⅵ)溶液吸附的影響分別稱取0.5g的玉米秸稈粉末吸附劑加入到盛有50ml的含鉻溶液中（溶液的初始濃度分別為10mg/l、20mg/l、30mg/l、40mg/l、50mg/l），在溫度為25°C、pH為1和磁力攪拌器攪拌下吸附反應(yīng)180min;溶液初始濃度對(duì)Cr(Ⅵ)溶液吸附的影響如圖4.9所示，由圖可以看出，溶液初始濃度為10mg/L時(shí)，吸附率最高為95.20%。隨著溶液初始濃度的增加，吸附率呈下降的趨勢(shì)且較明顯。此現(xiàn)象正好說(shuō)明了隨著含鉻溶液濃度的增加，游離的Cr(Ⅵ)大大增加，而吸附劑的質(zhì)量是有限的，相當(dāng)于有效活性位點(diǎn)是有限的，以致于玉米秸稈吸附劑不能為更多的Cr(Ⅵ)提供有效活性位點(diǎn)。所以初始濃度越高，Cr(Ⅵ)的吸附率越低；本實(shí)驗(yàn)的初始濃度均為20mg/l。圖4.9溶液初始濃度對(duì)Cr(Ⅵ)溶液吸附的影響4.2.5吸附溫度對(duì)Cr(Ⅵ)溶液吸附的影響分別稱取0.5g的玉米秸稈粉末吸附劑加入到盛有50ml(20mg/l)的含鉻溶液中，pH為1，在磁力攪拌器中以不同溫度（20°C、30°C、40°C、50°C、60°C）振蕩吸附反應(yīng)180min;如圖4.10所示，由圖可以看出，隨著反應(yīng)圖4.10吸附溫度對(duì)Cr(Ⅵ)溶液吸附的影響溫度的升高，超聲波改性玉米秸稈對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附率先升高后下降，但下降趨勢(shì)比較平穩(wěn)，在40℃時(shí)吸附效果最佳；當(dāng)溫度在20℃至40℃時(shí)上升，隨著溫度升高使溶液中少量的Cr(Ⅵ)還原成Cr(Ⅲ)，吸附率隨之升高。當(dāng)溫度高于40℃時(shí)，超聲波改性玉米秸稈的表面基團(tuán)的活性有所下降，隨著溫度越來(lái)越高，對(duì)含鉻廢水的吸附率也逐漸平緩。4.3正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果正交試驗(yàn)結(jié)果與分析，如下表4.1所示。表4.1正交試驗(yàn)結(jié)果分析表從表4.1的分析來(lái)看，堿處理及醚化接枝改性玉米秸稈吸附劑對(duì)含Cr(VI)污水影響最佳的為吸附劑投入量，影響最不明顯的是含Cr(VI)溶液的初始濃度。確切的順序是：①吸附劑的投入量②pH值③吸附時(shí)間④含Cr(VI)溶液的初始濃度。對(duì)含Cr(VI)污水影響起至關(guān)重要的因素是吸附劑的投入量和pH值；此外，綜合考慮后在最佳條件下玉米秸稈吸附劑對(duì)鉻離子的吸附率可達(dá)到96%以上。因此，用堿處理及醚化接枝改性玉米秸稈吸附劑對(duì)含鉻污水的吸附優(yōu)化研究效果最佳?；緱l件下，吸附率都在90%左右。5結(jié)論本實(shí)驗(yàn)利用超聲波和堿處理及醚化接枝對(duì)玉米秸稈進(jìn)行改性處理，然后以改性玉米秸稈為生物吸附劑對(duì)含鉻污水進(jìn)行吸附優(yōu)化研究。主要是從吸附溫度、吸附時(shí)間、Cr(VI)溶液的初始濃度、吸附劑的投入量、pH值等單因素方面對(duì)含鉻污水的影響，得出以下結(jié)論：超聲波改性玉米秸稈對(duì)含Cr(VI)污水在最佳吸附條件下的吸附率為87%左右。（2）經(jīng)堿處理及醚化接枝吸附劑對(duì)含Cr(VI)污水的影響在最佳條件下的吸附率為95%左右。（3）由正交試驗(yàn)表明，經(jīng)堿處理及醚化接枝吸附劑對(duì)含Cr(VI)污水的影響在最佳條件下吸附率為96%。以上結(jié)論表明，通過(guò)改性的玉米秸稈對(duì)含鉻污水有較為明顯的吸附效果，特別是經(jīng)堿處理及醚化接枝改性的玉米秸稈吸附劑吸附效率極大。此實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境的保護(hù)具有重大意義，同時(shí)也為生物材料的運(yùn)用給與了大大的支持。參考文獻(xiàn)[1]RAPPORTDJ，COSTANZAR，MCMICHAELAJ．Assessingecosystemhealth[J]．TrendsEc01．Ev01．，1998，13(10)：397—402．[2]趙銀，令狐文生.鉻離子的危害及其處理研究進(jìn)展[J].河南化工，2020，37(5):6-7.[3]鄭陽(yáng)，吳一微.光分析方法測(cè)定六價(jià)鉻離子的研究進(jìn)展[J].湖北師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，37(3):47-48.[4]李樂(lè)卓，王三反，常軍霞，等．中和共沉淀一鐵氧體法處理含鎳、鉻廢水的實(shí)驗(yàn)研究[J]．環(huán)境污染與防治，2015，37(1)：31—34．[5]柳琴，郝林林，鄭彤，等．改性木屑對(duì)水中Cr(VI)的吸附性能[J]．環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2015，9(3)：1021—1026.[6]岳建芝，杜金宇，李剛，等.玉米芯粉體吸附去除水溶液中鉻離子的研究[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，50(1)：92-94.[7]TEWARIN，GUHABK，VASUDEVANP．Adsorptionstudyofhexavalentchromiumbybentoniteclay[J]．AsianJournalofChemistry，2005，17(4)：2184—2190．[8]AYDINH，BULUTAY，YERLIKAYAC．Removalofcopper(H)fromaqueoussolutionbyadsorptionontolow—costabsorbents[J]．JournalofEnvironmentalManagement，2008，87(1)：37—45．[9]VoAT,NguyenVP,OuakouakA,etal.EfficientremovalofCr(VI)fromwaterbybiocharandactivatedcarbonpreparedthroughhydrothermalcarbonizationandp