本科环境科学专业毕业论文

xx 学 院

本科毕业论文(设计)

( 20xx届)

题 目: 板栗壳生物炭对Cr(VI)吸附性能的研究 姓 名： xxx 学 号： xxxx 学 院： 化学与环境学院 专 业： 环境科学 指导教师： xxx 申请学位： 理学士学位

xxxx 教 务 处

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板栗壳生物炭对水中Cr(VI)的吸附性能研究

摘要：本论文采用板栗壳制备成生物炭对废水中Cr(VI)进行吸附，研究了溶液的pH值、初始浓度、吸附剂用量、吸附时间和吸附温度对吸附Cr(VI)性能的影响，用Langmuir和Freundlich等温吸附方程对板栗壳的吸附等温线进行了拟合，并用动力学方程对吸附过程进行描述。实验结果表明：

(1)pH值是影响板栗壳吸附Cr(VI)性能的最主要的影响因素，在强酸条件下对Cr(VI)的吸附效果好。

(2)板栗壳吸附Cr(VI)的动力学实验表明，吸附Cr(VI)的吸附规律遵循准二级动力学模型，吸附主要由化学吸附控制。

(3)采用Langmuir等温吸附方程和Freundlich等温吸附方程对吸附等温线进行拟合可知，板栗壳的吸附过程更符合Langmuir等温吸附过程，说明板栗壳生物炭吸附过程类似于表面均匀的单分子层吸附。经Freundlich拟合后，可知n=5.8>2，说明板栗壳生物炭属于易吸附过程。

(4)在吸附时间120 min，吸附剂投加量为8.0 g/L，pH值为2.0，Cr(VI)溶液初始浓度为60 mg/L，温度为30 ℃的条件下，板栗壳对Cr(VI)离子的吸附率达到99.7%。 关键词：板栗壳；生物炭；Cr(VI)；吸附

I

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Study on the Adsorption of Water Chestnut Shell Biochar

Hexavalent Chromium

Abstract：In this paper, a chestnut shell prepared using biochar wastewater Cr(VI) adsorption was studied pH value of the solution,initial concentration, amount of adsorbent, adsorption time and adsorption temperature on adsorption Cr(VI) performance, using Langmuir and Freundlich isotherm equation chestnut shell adsorption isotherms were fitted with kinetic equation to describe the adsorption process.The results showed that:

⑴pH value is the most important factor affecting the adsorption of chestnut shell Cr(VI) performance.Under the strong acid conditions, the adsorption effect of Cr(VI) is good . ⑵Adsorption chestnut shell Cr(VI) kinetic experiments show adsorbent Cr(VI) adsorption followed pseudo-second rule Cr kinetic model, the adsorption is mainly controlled by the chemical adsorption .

⑶Using the Langmuir isotherm equation and Freundlich isotherm equation for adsorption isotherms were fitted shows that the adsorption process chestnut shell more consistent temperature adsorption process Langmuir,etc., indicating monolayer adsorption chestnut shell biological carbon adsorption process is similar to a uniform surface.After Freundlich fitting,shows n = 5.8> 2, instructions are easy chestnut shell biochar adsorption process.

⑷The adsorption time 120 min,adsorbent dosage of 8.0 g/L, pH value of 2.0, Cr(VI) initial concentration of 60 mg/L, the temperature is under 30 ℃, the chestnut shell of Cr(VI) ion adsorption rate reached 99.7%.

Key words:Chestnut shell, biological carbon, Cr (VI), adsorption

II

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目 录

摘要 ........................................................................................................................................ I 关键词 .................................................................................................................................... I Abstract .................................................................................................................................. 1 Key words .............................................................................................................................. 1 1前言 .................................................................................................................................... 1 1.1 含铬废水来源及影响 .................................................................................................... 1 1.2 Cr(VI)污染的危害 .......................................................................................................... 1 1.3含 Cr(VI) 废水处理方法简述 ...................................................................................... 2

1.3.1还原法 .................................................................................................................. 2 1.3.2电解法 .................................................................................................................. 2 1.3.3离子交换树脂法 .................................................................................................. 3 1.3.4生物法 .................................................................................................................. 3 1.3.5吸附法 .................................................................................................................. 3 1.4生物炭吸附的优势 ......................................................................................................... 3 1.5生物炭吸附法研究进展 ................................................................................................. 4

1.5.1吸附机理 .............................................................................................................. 4 1.5.2研究现状 .............................................................................................................. 5 1.6 生物炭吸附剂的前景展望 ............................................................................................ 6 2实验部分 ............................................................................................................................ 7 2.1实验仪器与药品 ............................................................................................................. 7

2.1.1 实验仪器 ............................................................................................................. 7 2.1.2 实验药品 ........................................................................................................... 7 2.2样品与试剂的制备 ......................................................................................................... 7

2.2.1试剂的配制 .......................................................................................................... 7 2.2.2板栗壳生物碳的制备 .......................................................................................... 8 2.3实验方法与原理 ............................................................................................................. 8 2.4标准曲线的绘制 ............................................................................................................. 8 2.5实验步骤 ......................................................................................................................... 9

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2.6吸附效果影响因素的研究 ............................................................................................. 9

2.6.1 Cr(VI)废水的pH对吸附效果的影响 ............................................................ 9 2.6.2 Cr(VI)废水的初始浓度对吸附效果的影响 ................................................. 10 2.6.3 生物碳吸附剂的用量对吸附效果的影响 ................................................... 11 2.6.4 实验的吸附时间对吸附效果的影响 ........................................................... 12 2.6.5实验的吸附温度对吸附效果的影响 ............................................................ 13 3结果与讨论 ...................................................................................................................... 13 3.1 吸附动力学 ................................................................................................................ 14

3.1.1 吸附动力学理论 ......................................................................................... 14 3.1.2 吸附动力学模型 ......................................................................................... 14 3.2 吸附等温线 ................................................................................................................ 16

3.2.1 吸附等温模型 ............................................................................................. 16 3.2.2 实验方法及结果分析 ................................................................................. 16 4结论 .................................................................................................................................. 17 参考文献 ............................................................................................................................. 19 致谢 ..................................................................................................................................... 20

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类有关，而且随着裂解温度的升高灰分含量有所升高，这是因为温度越高，挥发性组分损失越多，导致灰分含量越高。生物质炭中主要含有C、H、O、N 等元素，另外还含有P、S、K、Ca、Mg 等植物营养元素，其中C 的含量最高，能达到38 %～76 %。生物质炭的表面积通常由其孔隙率决定，有些甚至含有纳米微孔结构，这显然会使其具有较强的吸附能力。因此，生物质炭也可用做环境中有毒有害物质的吸附剂。而且，施加入土壤中后，其丰富的孔隙结构会使土壤中水分渗滤路径和速度改变，使得土壤的田间持水率显著提高，从而改善了土壤对养分的固定能力。

1.6 生物炭吸附剂的前景展望

生物质炭拥有成本低、多功能性等优点，正越来越受到人们的强烈关注。人们发现生物质炭具有非常复杂的微孔结构，比表面积很大，性质比较稳定，且表面含有很多活性基团，非常适合作为吸附剂应用于环境保护中。许多研究已经表明，生物质炭是一种低成本的、高效吸附剂，用于吸收多种污染物质。例如松树枝生成的生物质炭可以有效去除萘、硝基苯以及间二硝基苯等环境污染物[13]，以稻草为基质的生物质炭可以代替活性炭去除水中的孔雀蓝等染料[14]；某些生物质炭还可以同时吸附邻苯二酚和腐植酸[15]。再加上生物质炭的原料来源广泛，易得易制，因此生物质炭作为吸附剂优点是非常明显的。可以预见生物炭在环境科学、工业和农业生产方面将有更广阔的应用前景。目前，生物炭的研究前景和亟待解决的问题有:

（1）生物质炭的比表面积仍远远小于活性炭，吸附容量有限，所以应从原料和工艺方面着手，进一步提高生物质炭的比表面积，使其成为活性炭的替代品。 （2）国内外的生物质炭制备方法五花八门，研究结果不具有可比性，必须开展生物炭标准研究

（3）目前，生物炭研究还停留在实验室和田间的理论阶段，对于生物炭在工农业生产上的推广，以及具体应用过程中所需要的工程技术支持还处于起步阶段[16]。从理论上看，生物炭理论基础浅易而不高深，技术手段成熟而不繁琐，使得这项技术有着在世界各地广泛应用的巨大潜力，当务之急是根据工农业应用的具体需要针对性地优化生物炭的特性，同时对于大规模应用进行可行性研究和成本-效益分析。

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2实验部分

2.1实验仪器与药品

2.1.1 实验仪器

表1 实验所用主要仪器设备

设备型号及名称 722sp可见分光光度计 pHS- 3C 精密pH计 FA2004A电子天平 10-12箱式电阻炉 ZD-85气浴恒温振荡器 101A-1电热鼓风干燥箱 玻璃仪器若干

设备产地 上海棱光技术有限公司

上海雷磁仪器厂

上海精天电子仪器有限公司 沈阳市节能电炉厂

江苏金坛市环宇科学仪器厂

上海市实验仪器总厂

2.1.2 实验药品

表2 实验所用主要药品

药品名 硫酸 盐酸 二苯碳酰二肼

磷酸 氢氧化钠 丙酮 重铬酸钾

化学式 H2SO4 HCl C13H14N4O H3PO4 NaOH CH3-CO-CH3 K2Cr2O7

等级 AR AR AR AR AR AR AR

产地

西陇化工股份有限公司 西陇化工股份有限公司 广州化学试剂厂 广东光华化学厂有限公司 广东光华化学厂有限公司 西陇化工股份有限公司 广州化学试剂厂

2.2样品与试剂的制备

2.2.1试剂的配制

(1)铬标准储备液的配制 称取于120℃干燥2h的重铬酸钾（K2Cr2O7，AR）0.2829 g，用去离子水溶解后移入1000 ml容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀。此储备液的Cr(VI)浓度为100 mg/L。

(2)铬标准溶液的配制 用移液管吸取标准储备液5.00 ml置于500 ml容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。此标准溶液的Cr(VI)浓度为1.00 mg/L。此溶液作为铬标准

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曲线使用液。

(3)1+1硫酸溶液 将硫酸(H2SO4，ρ=1.84 g/ml，优级纯)缓缓加入到同体积的水中，混匀。

(4)1+1磷酸溶液 将磷酸(H3PO4，ρ=1.69 g/ml，优级纯)与水等体积混合。 (5)二苯碳酰二肼显色剂 称取二苯碳酰二肼2 g，溶于50 ml丙酮中，加水稀释至100 ml，摇匀。贮于棕色瓶，置于冰箱中。色变深后，不能使用。

2.2.2板栗壳生物碳的制备

板栗壳原料取自xx学院附近市场，将板栗壳用自来水清洗4~5次，风干2 d后于70 ~ 80 ℃ 烘箱中过夜干燥，然后粉碎研磨过100目筛，装于棕色瓶中，待用。采用限氧裂解法制备板栗壳生物碳[17]，称取过筛后的板栗壳生物质颗粒于坩埚中，压实，盖上盖子，再放置于马弗炉中碳化6 h(升温速率5 ℃·min-1，600 ℃保温6 h)，冷却至室温后取出，称量。产物用200 mL(1 mol·L-1 )的HCl 溶液酸泡12 h，去除表面可溶性矿物，经过滤,，用蒸馏水洗至中性后于70 ~80 ℃过夜烘干；过100目筛得到板栗壳生物碳。

2.3实验方法与原理

.Cr(VI)的测定方法采用二苯碳酰二肼分光光度法测定Cr(VI)[18]。本法测定溶液中铬浓度范围为0.004 mg/L~1 mg/L，适用于地面水和工业废水中Cr(VI)的测定。

在酸性溶液中，Cr(VI)与二苯碳酰二肼反应，生成紫红色化合物，其最大吸收波长为540 nm，摩尔吸光系数为4×104 L·mol-1·cm-1。

2.4标准曲线的绘制

0.120.10.08y = 0.4816x + 0.0002R2 = 0.9992

00.050.10.15Cr(VI)浓度mg/L0.20.25吸光度0.060.040.020

图1 Cr(VI)标准曲线

向一系列50 ml比色管中加入0、0.20、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00和10.00 mLCr(VI)标准溶液，用水稀释至标线，然后加入(1+1)硫酸溶液和(1+1)磷酸溶液0.5 ml，摇匀。加入2 ml二苯碳酰二肼显色剂，摇匀。5-10 min 后，于540 nm波长处用10 nm的比

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色皿，以水为参比，测定吸光度。实验中Cr(VI)浓度测定方法一样，根据吸光度从标准曲线上查得含量。根据实验结果，绘制Cr(VI)标准曲线，如图1所示。

根据直线得到回归方程y=0.4816x+0.0002，线性相关系数R2=0.9992，实验过程中通过测定溶液吸光度来计算吸附前后溶液中铬的浓度。

2.5实验步骤

称取一定量的板栗壳放入150 mL碘量瓶中，加入50 mL已知浓度的Cr(VI)溶液，溶液的pH值用盐酸（AR）和0.1 mol/LNaOH调节，然后将碘量瓶置于气浴恒温振荡器中进行振荡，所有试验的振荡速度为200 r/min，在一定的温度下于设定的吸附时间后取出吸附液，经定量滤纸过滤后，用紫外可见分光光度计测定吸附液的吸光度并计算剩余的Cr(VI)离子浓度。用公式(1)和(2)计算其吸附量和吸附率。

(c0?c)V吸附量q= (1)

m吸附率η=

(c0?c)×100% (2) c0式中q为吸附剂的吸附量（mg/g）；c0为溶液中Cr(VI)的初始浓度（mg/L）；c为吸附后溶液中Cr(VI)的浓度（mg/L）；v为吸附溶液体积（L）；m为吸附剂的质量（g）。

2.6吸附效果影响因素的研究

板栗壳生物碳的吸附过程中存在很多因素的影响，接下来对实验中溶液的pH值、Cr(VI)初始浓度、吸附剂用量、吸附时间、溶液温度对板栗壳吸附性能的影响进行探究，以寻求此反应最佳的吸附条件。

2.6.1 Cr(VI) 废水的pH对吸附效果的影响

图2 pH对板栗壳吸附Cr(VI)性能的影响

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分别准确称取0.4 g板栗壳于150 mL碘量瓶中，加入50 mL浓度为100 mg/L的Cr(VI)溶液。Cr(VI)溶液事先用0.1 mol/LNaOH溶液或盐酸(AR)调节其pH为1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0。然后将碘量瓶置于调速多用振荡器中在30 ℃下以200 r/min的速度振荡120 min，过滤，测定滤液中剩余的Cr(VI)浓度。实验结果见图2所示。

从图中可以看出，在pH=1.0时吸附量最大，板栗壳对Cr(VI)的吸附量为11.75 mg/g，随着pH 增大，Cr(VI)的去除率迅速减小。当pH 较低时，溶液中H＋浓度较高，H＋会中和活性炭表面的负电荷，减小负电荷对Cr2O72－的排斥力， 这对Cr2O72-的吸附是有利的[19~20] 。当pH 较高时，大量的OH－会中和活性炭表面的正电荷，减小正电荷对CrO42－的吸引力，这对CrO42－的吸附是不利的，可以看到当pH=6.0以上时曲线趋于平坦，所以，pH 较高不利于Cr(VI)的吸附去除，但pH 太低又增加了强酸性废水的处理问题，考虑到此法在工业上应用的经济性，故选择pH =2.0 比较适宜。在此条件下，板栗壳对Cr(VI)的吸附量为8.66 mg/g。

2.6.2 Cr(VI) 废水的初始浓度对吸附效果的影响

准确称取0.4 g板栗壳于7个150 mL碘量瓶中，分别加入50 mLpH=2.0，浓度为10、20、40、60、80、100、120 mg/L的Cr(VI)溶液。然后将碘量瓶置于气浴恒温振荡器中在30 ℃下以200 r/min的速度振荡120 min，过滤，测定滤液中剩余的Cr(VI)浓度。

实验结果见图3，图4。

876吸附量（mg/g)543210020406080100120140Cr的初始浓度（mg/L)图3 Cr(VI) 的初始浓度对板栗壳吸附Cr(VI) 性能的影响

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图4 Cr(VI) 的初始浓度对板栗壳吸附Cr(VI) 性能的影响

由图3，图4可知，随着Cr(VI)初始浓度的增大，板栗壳的吸附量逐渐上升，而吸附率减少，当生物炭投加量一定时，提供的吸附点位数一定，随着Cr(VI)初始浓度增大，水中未被吸附的浓度会相应增大，致使吸附率减小，因此，板栗壳生物炭对于低浓度的Cr(VI)的处理可能更合适。当Cr(VI)大于60 mg/L时吸附率开始逐渐减小，吸附量增长的比较缓慢，那是由于溶液中Cr(VI)几乎已被吸附完全。由于Cr(VI)初始浓度会对生物炭吸附Cr(VI)的效果造成影响，应及时改变生物炭投加量或增加吸附次数，使出水水质达到Cr(VI)的排放标准。

2.6.3生物碳吸附剂的用量对吸附效果的影响

准确称取0.2500、0.3750、0.5000、0.6250、0.7500、0.8750、1.000 g板栗壳生物质材料于7个150 mL碘量瓶中，分别加入50 mLpH=2.0，浓度为60 mg/L的Cr(VI)溶液。然后将碘量瓶置于气浴恒温振荡器中在30 ℃下以200 r/min的速度振荡120 min，过滤，测定滤液中剩余的Cr(VI)浓度。

实验结果见图5，图6

987吸附量（mg/g)654321000.20.40.6吸附剂用量/g0.811.2图5 吸附剂用量对板栗壳吸附Cr(VI) 性能的影响

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图6 吸附剂用量对板栗壳吸附Cr(VI) 性能的影响

由图5可以看出当溶液Cr(VI)初始浓度为60 mg/L时，随着吸附剂用量的增加，吸附量在吸附剂用量为0.4 g左右达到峰值，继续增加吸附剂用量，吸附量随吸附剂用量的增加而下降；而由图6可以看出吸附率在一定范围内随吸附剂用量的增加而增加，且在吸附剂用量为0.4 g时，吸附率接近100 %。增加生物炭投加量一方面可以增大吸附的表面积，另一方面会增加吸附点位数，导致吸附率提高。以上两图说明在吸附剂用量为8 g/L左右的时候，Cr(VI)离子近乎被完全吸附，吸附基本达到平衡，这可能是由于溶液中剩余浓度减低，Cr(VI)在向生物炭表面迁移过程中受到阻力，对吸附过程造成障碍。由此可知，适宜的生物碳投加量对吸附非常重要而且可以节约成本，而本论文中对处理含3 mgCr(VI)离子的废水的最佳吸附剂用量为8 g/L。

2.6.4实验的吸附时间对吸附效果的影响

分别取50 ml浓度为60 mg/L，pH=2.0的Cr(VI)废水，置于10个150 mL的碘量瓶中，每个碘量瓶投加0.4 g板栗壳，然后将碘量瓶置于气浴恒温振荡器中在30 ℃下以200 r/min的速度振荡，每隔十五分钟取出一个，过滤，测定滤液中剩余的Cr(VI)浓度。实验结果如图7所示。

图7 时间对板栗壳吸附Cr(VI)性能的影响

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图2.7表明吸附量随着吸附时间的增加而上升，当吸附时间到达120 min时，吸附量为7.40 mg/g，吸附率达到98.68 %，而延长吸附时间到135 min，吸附量为7.41 mg/g，吸附率为98.79 %，吸附量和吸附率都没有明显增加的趋势，因为吸附到了后期，Cr(VI)浓度下降，达到吸附剂表面的推动力减小，说明吸附在120 min时已接近饱和，所以认为处理含3 mgCr(VI)离子的废水的最佳吸附时间为120 min。但是此参数仅是考虑生物炭一次性处理铬废水达到最佳效果状态时的参数，如果考虑到时间成本在工业应用上可采用多级吸附处理工艺，以节省劳动成本提高工作效率，如此选择60 min作为处理这个铬浓度废液的最佳吸附时间。

2.6.5实验的吸附温度对吸附效果的影响

分别取50 ml浓度为60 mg/L，pH=2.0的Cr(VI)废水，置于4个150 mL的碘量瓶中，每个碘量瓶投加0.4 g板栗壳，然后将碘量瓶置于20 ℃、30 ℃、40 ℃ 、50 ℃气浴恒温振荡器中以200 r/min的速度振荡120 min，过滤，测定滤液中剩余的Cr(VI)浓度。

实验结果如图8所示。

图8温度对板栗壳吸附Cr(VI)性能的影响

由图8可以看出吸附量随着吸附温度的上升而增加，当吸附温度在40 ℃时，吸

附量为7.40 mg/g，吸附率达到98.68%，温度增加到50 ℃时，吸附量仅提高了0.46 %，而每提高1 ℃的温度将消耗大量的能量，不利于成本控制，所以在40 ℃时用生物炭处理铬废液符合工业化生产的要求。

3结果与讨论

数学模型对预测吸附行为、优化吸附过程十分重要，因此，建立适当的数学模型是开展生物质吸附剂吸附重金属离子研究的重要内容之一。本章将研究板栗壳吸附

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Cr(VI)的动力学方程、吸附等温曲线。

3.1 吸附动力学

3.1.1 吸附动力学理论

吸附机理 多孔吸附剂的吸附过程，一般由“串联”的三个连续步骤完成，包括颗粒外扩散（又称膜扩散）阶段、颗粒内扩散阶段、吸附反应阶段。吸附过程的总速率取决于其中最慢的步骤（即速率控制步骤）。一般而言，吸附反应速度很快，可迅速在微孔表面各点上建立吸附平衡。因此，总的吸附速率由颗粒外扩散或颗粒内扩散控制,分为以下三种情况:颗粒外扩散>颗粒内扩散;颗粒外扩散<颗粒内扩散;颗粒外扩散=颗粒内扩散。对于前两种情况,吸附速率分别由颗粒外扩散或颗粒内扩散控制。通常情况下,颗粒内扩散控制整个吸附过程的条件是:混合效果良好、吸附质浓度高、颗粒粒径大、吸附质和吸附剂之间的亲和力差;反之,吸附过程则由颗粒外扩散控制。

3.1.2 吸附动力学模型

目前，吸附动力学模型主要有颗粒内扩散方程、一级动力学方程和二级动力学方程。一级动力学方程和二级动力学方程都假定ｔ时刻吸附剂对吸附质的吸附量qt和平衡吸附量qe之间的差是吸附进行的驱动力，并且吸附速率与驱动力成正比例（一级动力学方程）或者驱动力的平方成正比例（二级动力学方程）。方程通常可表示如下：

kt lg(qe?qt)?lgqe?2.303准一级动力学模型

（3）

（Lagergern一级动力学方程）

1准二级动力学模型 颗粒内扩散模型

tqtt1?(kq?qe)22e （4） （5）

qt?kpt0.5

式中，qt为时间t时的吸附量（mmol/g），qe 为平衡吸附量（mg/g）；k1(h-1)和k2[g?(mmol?h)-1]分别为准一级和准二级速率参数。Kp为颗粒内扩散速率常数（mg?g-1?min-0.5）。

0.60.40.20020图3.1 准一级动力学方程模型 -0.2-0.4-0.6-0.8-1-1.2 60 y = -0.0152x + 0.6253 R2 = 0.9747 时间（min） 图9 准一级动力学方程模型

40lg（qe-qt）8010012014

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161412y = 0.1264x + 1.1439R2 = 0.999610t/qt864200204060时间（min）80100120图10 准二级动力学方程模型

876y = 0.3324x + 4.1009R2 = 0.94975qt432100246时间（t1/2)81012图11 颗粒内扩散模型

对图7中的实验数据经准一级动力学、准二级动力学及颗粒内扩散方程拟合后数据见图9~图11。

由图9~图11可知，相同温度下准二级动力学模型的线性相关系数数值更接近于1，高于准一级动力学模型和颗粒内扩散模型的线性相关系数。由准一级计算出理论平衡吸附量为4.22 mg/g，由准二级方程计算出的理论平衡吸附量（qe ）为7.91 mg/g，准二级方程的计算结果和实际的平衡吸附量7.30 mg/g更为接近，可推测吸附剂对Cr(VI) 的吸附规律遵循准二级动力学模型，吸附主要由化学吸附控制[21]。准二级动力学模型包含了吸附的所有过程，如外部液膜扩散、表面吸附和内颗粒扩散等。

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3.2 吸附等温线

在温度一定的条件下，吸附量随吸附质平衡浓度而变化的曲线称为吸附等温线。

3.2.1 吸附等温模型

本论文运用Langmuir和Freundlich等温吸附模型来描述Cr(VI)溶液的吸附平衡。 (1)Langmuir等温吸附模型[22]

Langmuir等温吸附模型基于以下假设：固体表面由大量的吸附活性中心组成，当表面吸附活性中心全部被占满时，吸附量达到饱和值，吸附质在吸附剂表面呈单分子层分布，适用于各种浓度条件下。其线性表达式为：

ce/qe=ce/qm+(qmKL)-1 (6)

式中，ce为吸附后溶液中Cr(VI)的浓度，mg/L；qe为平衡吸附量，mg/g；qm为吸附剂理论最大吸附量，mg/g；KL为Langmuir吸附平衡常数，L/mg。

(2)Freundlich等温吸附模型[23]

Freundlich等温吸附模型为经验模型，描述的是多层吸附，在高浓度时吸附量会持续增加，它的假设条件是表面能不均匀，其表达式为：

lgqe=n-1lgce+lgKF (7)

式中，ce为吸附后溶液中Cr(VI)的浓度，mg/L；qe为平衡吸附量，mg/g； KF为吸附剂吸附能力；n为吸附剂与吸附质的亲和力。

Freundlich吸附等温式在溶液吸附中的应用十分普遍。根据Freundlich理论，KF代表了吸附剂的单位吸附能力；n-1表明吸附剂的吸附强度，n值越大，吸附性能越好。一般认为n值为2~10时，为易吸附；n值小于0.5时，为难以吸附。n值也常用于判断吸附过程的优惠性，当n>1时，是优惠吸附；n=1时，是线性吸附；n<1时是非优惠吸附。

3.2.2 实验方法及结果分析

将图3的实验数据代入Langmuir吸附等温方程(6)和Freundlich吸附等温方程(7)中，并以ce/qe对ce，lgqe对lgce作图，结果如图12和图13所示。

从图12、图13我们可以得出结论：

(1)经Langmuir拟合后得到的方程可知，板栗壳的最大吸附量为7.23 mg/g。 (2)Freundlich等温吸附式中参数n(板栗壳)=5.8>2，说明板栗壳生物炭有利于Cr(VI)吸附，属于易吸附过程。

(3) Langmuir与Freundlich等温吸附模型相比较，前者线性相关符合较好，相关系数大于0.99，因此Langmuir等温吸附模型更能很好的描述Cr(VI)在板栗壳上的吸附行为，板栗壳生物炭吸附过程类似于表面均匀的单分子层吸附，而在初始浓度为120 mg/L时，吸附量为7.58 mg/g，已大于Langmuir吸附方程拟合的最大吸附量qm，说明已经发生了多层吸附现象。

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987y = 0.1384x + 0.0795R2 = 0.9936ce/qe5432100102030ce40506070图12 Langmuir吸附等温模型

10.9y = 0.1723x + 0.6045R2 = 0.74480.80.70.6lgqe0.50.40.30.20.10-2-10lgce12图13 Freundlich吸附等温模型

4结论

本论文研究了板栗壳对于Cr(VI)的吸附性能，实验证明：

(1)pH值是影响板栗壳吸附Cr(VI)性能的最主要的影响因素，在强酸条件下对Cr(VI)的吸附效果好。虽然通过增加吸附剂用量、升高吸附温度、延长吸附时间可以提高吸附量，但对吸附效果影响不大。

(2)板栗壳吸附Cr(VI)的动力学实验表明，相同温度下准二级动力学模型的线性

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相关系数数值更接近于1，高于准一级动力学模型和颗粒内扩散模型的线性相关系数。由准一级计算出理论平衡吸附量为4.22 mg/g，由准二级方程计算出的理论平衡吸附量（qe ）为7.91 mg/g，准二级方程的计算结果和实际的平衡吸附量7.30 mg/g更为接近，可推测吸附剂对Cr(VI)的吸附规律遵循准二级动力学模型，吸附主要由化学吸附控制。

(3)随着平衡浓度的增加，吸附剂对Cr(VI)的吸附量增大。采用Langmuir等温吸附方程和Freundlich等温吸附方程对吸附等温线进行拟合可知，板栗壳的吸附过程更符合Langmuir等温吸附过程，因为板栗壳生物炭吸附过程类似于表面均匀的单分子层吸附，经Langmuir拟合后得到的方程可知，板栗壳的最大吸附量等于7.23 mg/g。经Freundlich拟合后，可知n=5.8>2，说明说明板栗壳生物炭有利于Cr(VI)吸附，属于易吸附过程。

(4)在吸附时间120 min，吸附剂投加量为8.0 g/L，pH值为2.0，Cr(VI)溶液初始浓度为60 mg/L，温度为30 ℃的条件下，板栗壳的吸附效果好，对Cr(VI)离子的吸附率达到99 .7%。

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致谢

在本次论文设计过程中，感谢我的学校，给了我学习的机会，在学习中，xx

老

师从选题指导、论文框架到细节修改，都给予了细致的指导，提出了很多宝贵的意见与建议，老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。这篇论文是在xx老师的精心指导和大力支持下才完成的 感谢化学与环境学院所有授我以业的老师，没有这些年知识的积淀，我没有这么大的动力和信心完成这篇论文。感恩之余，诚恳地请各位老师对我的论文多加批评指正，使我及时完善论文的不足之处。

谨以此致谢最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅的各位老师表示衷心的感谢。

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