水中的铬主要是三价铬和六价铬，其中六价铬的毒性比三价铬高100倍左右。受废水pH值的影响，六价铬主要以CrO42 -和Cr2O72 -的形式存在。我国对含铬废水处理的研究由来已久。目前，处理方法主要有离子交换法、化学还原法、电解法和吸附法等。其中，吸附法以其设备简单、废水可循环利用、吸附剂可再生等优点被广泛应用。离子交换法废水处理常用的吸附剂有活性炭、磺化煤、活化煤、沸石、活性白土、硅藻石、腐植酸、焦炭等。其中，焦炭由于质地坚硬、多孔、有粗细不等的裂纹，是一种比表面积大、吸附能力强的吸附剂。我国每年产生4000多万吨废焦炭，价格便宜，可以做燃料，但是会浪费很多资源。如果废弃露天堆放，会对环境造成严重的粉尘污染。本文利用废焦炭模拟含铬废水中铬的吸附，探讨了铬的吸附机理，为焦炭作为工业废水吸附剂提供了参考。
一.测试部分
(1)测试材料
模拟含铬废水:用适量干K2Cr2O7配制，其中Cr6+的质量浓度分别为100 mg/L和300 mg/L。
吸附剂:不同粒径的废焦炭，取自邯郸某焦化厂。
主要仪器:磁力搅拌器、721分光光度计、PHS-P1酸度计、电子天平等。
(2)测试方法
1.静态吸附试验
取50mL质量浓度为100mg/L的Cr6+废水于250mL锥形瓶中，加入一定质量的焦炭，摇匀一定时间，待废水与焦炭充分接触后静置一段时间，过滤，测量滤液中Cr6+的质量浓度，计算Cr6+的去除率。
2.动态吸附试验
在50毫升干燥清洁的碱性滴定管底部填充适量脱脂棉，稍微压实后加入3克焦炭，在焦炭顶部填充适量脱脂棉。从滴定管上部缓慢加入Cr6+浓度为300mg/L的含铬废水，流出速度控制在5ml/h左右，每隔0.3h收集流出液，测定其中Cr6+的质量浓度，计算Cr6+的去除率。
3.分析方法
用二苯碳酞二酰肼分光光度法测定六价铬。
二。结果和讨论
(一)溶液pH值对吸附效果的影响
将50毫升不同pH值的含铬废水加入6个装有1克焦炭的250毫升锥形瓶中，摇匀0.3小时，试验结果见表1。可见废水的pH值对铬的吸附效果影响很大:废水的pH值越低，对Cr6+的去除效果越好。这主要是由于在强酸性条件下，含铬废水中存在大量的Cr2O72 -。这些阴离子能与焦炭中的有效吸附组分形成稳定的化合物，被吸附在焦炭上。当pH值高于6时，活性炭表面的吸附位置被OH-抢占，活性炭对六价铬的吸附能力下降，甚至不吸附。因此，适当提高溶液的酸度有利于Cr6+的吸附。
表1溶液pH值对吸附效果的影响
调节废水pH=1，在五个锥形瓶中加入1.5g不同粒径的焦炭，然后加入50mL含铬废水，摇匀0.3h，测试结果见表2。
表2焦炭粒度对铬吸附效果的影响
(3)吸附时间对铬吸附效果的影响
调节废水pH = 1，焦炭用量为1.5g，粒度为200目，分别加入50mL含铬废水，控制焦炭与含铬废水的接触时间。测试结果如图1所示。
图1吸附接触时间对铬吸附效果的影响
从图1可以看出，随着吸附接触时间的延长，六价铬的去除率增加；当接触时间为1.5h时，Cr6+的去除率为93.56%。随着接触时间的延长，Cr6+的去除率趋于稳定，f检验无显著差异。综合考虑，最佳吸附时间确定为1.0 ~ 1.5 h
(4)焦炭用量对Cr6+去除率的影响
在温度为25℃(常温)、pH = 0.5、接触时间为40min、焦炭粒度为200目的条件下，考察了焦炭用量对除铬效果的影响。结果如图2所示。
图2焦炭用量对铬去除率的影响
从图2可以看出，随着焦炭用量的增加，铬的去除率逐渐增加；当焦炭用量大于40g/L时，铬的去除率趋于平缓，保持在95%左右。为了节约原料，避免资源浪费，焦炭的最佳用量为40g/L
(5)吸附等温线
在一定温度下，吸附量随着吸附质平衡浓度的增加而增加。吸附量随吸附质平衡浓度变化的曲线称为吸附等温线。吸附等温线可用Freundlich等温线和Langmuir等温线来表示。Freundlich等温公式为:
lgq=lgk+blgρ
式中:k，b—吸附常数；q——单位质量焦炭吸收的Cr6+量，mg/g；ρ-吸附平衡时，上清液中Cr6+的质量浓度，mg/L，吸附等温线数据见表3。根据Freundlich等温公式，拟合表3中的数据并作图，得到如图3所示的直线。直线方程是:
lgq=-0.2160+0.6021lgρ，
相关系数r = 0.8376。统计结果t = 30.28 > t 0.01 (8) (= 3.36)表明，lgρ与lgq之间存在一定的相关性，说明焦炭对含铬废水的吸附过程符合Freundlich等温方程，以物理吸附为主。
表3吸附等温线测试结果
图3吸附等温线(Freundlich模型)
从图3的分散也可以看出，吸附机理不是单一的物理吸附，可能有一些化学吸附。因为在焦炭形成的过程中，氢、氧元素与焦炭表面的碳结合生成许多官能团。金属离子与这些活性官能团反应形成牢固的吸附化学键和表面络合物，阻止吸附质分子在表面自由移动。
根据Langmuir等温公式，从动力学角度出发，通过一些假设推导出单分子吸附公式:
ρ/q=a+bρ，
其中:A和B是吸附常数。根据朗缪尔等温线，对表3中的数据进行拟合，相关系数为0.4035。统计检验结果T = 1.13 < to.1 (8) (= 1.86)不显著相关，说明焦炭对废水中Cr6+的吸附不符合Langmuir等温式，不是单层吸附。因为多分子层的吸附往往发生在物理吸附中，而在化学吸附中，吸附的结果是单分子层的形成。可见焦炭对含铬废水的吸附主要是物理吸附。
(6)动态吸附曲线的测定
考虑到连续吸附时如果焦炭粒度过小，水阻力会增大，所以选择粒度为80目的焦炭在滴定管中进行动态吸附试验。测试过程如前所述，直到出口处Cr6+的质量浓度接近初始质量浓度。测量Cr6+的质量浓度并计算去除率。测试结果如图4和图5所示。
图4渗透曲线I
图5穿透曲线ⅱ
图4和图5表明，随着出水体积的增加，废水中Cr6+的去除率逐渐降低；当出水体积为15mL时，Cr6+的质量浓度为35.31 mg/L，Cr6+的去除率为88.23%，可视为吸附突破，即以Cr6+的平衡质量浓度为35.31mg/L为突破点，突破体积为15ml。当出水体积大于15mL时，Cr6+的质量浓度迅速增加，去除率迅速下降。当出水体积为45mL时，Cr6+的去除率仅为16.64%，质量浓度达到250.08mg/L，是处理前的83.36%。此时吸附基本达到终点。焦炭的工作容量计算为4.18毫克/克，工作饱和容量为445.13毫克/克..
吸附试验所用废水中铬的质量浓度为300 mg/L，渗透前的出水不符合国家排放标准，需要回收利用，避免污染。
(7)焦炭再生
关闭吸附塔底部阀门，向吸附塔内加入20%硫酸溶液，解吸再生焦炭。浸泡焦炭24小时后，排出溶液。这样做两次，然后用水冲洗，直到流出液呈中性。再生焦炭用于动态吸附试验，其穿透曲线如图4和图5所示。可见焦炭经过简单再生后可以重复使用。
再生过程中，焦炭吸附的Cr6 ++在强酸环境中被还原为Cr3 ++离子。收集在20%硫酸中浸泡活性焦炭后的废液，然后用20% NaOH将pH调节至约7，以沉淀产生的Cr(OH)3。过滤后，Cr(OH)3污泥得到妥善保存，滤液用于配制H2SO4溶液，供下次再生使用。水洗后废液中Cr3+浓度低，也可用于配制H2SO4溶液，供下次再生使用。
三。结论
(1)根据静态吸附试验结果，只要废水pH≤1≤1，吸附时间大于1h，焦炭粒度为200目，投加量为40g/L，废水中Cr6+的去除率可达90%以上；吸附过程符合Freundlich等温方程，吸附等温方程以物理吸附为主。
(2)焦炭吸附Cr6+的工作容量为4.18 mg/g，工作饱和容量为445.13 mg/g
(3)用焦炭处理含铬废水，Cr6+去除率可达90%以上。而且焦炭易于再生，来源广泛，成本低廉，可以作为吸附剂推广使用。
