硝酸铁改性活性炭吸附废水中六价铬技术

六价铬(Cr⁶⁺)是电镀、制革、印染等行业排放废水中的典型污染物，具有强致癌性和高毒性。传统活性炭虽能吸附Cr⁶⁺，但存在吸附容量低（普通活性炭对50mg/L Cr⁶⁺吸附率仅68.11%）和选择性差的问题。硝酸铁改性技术通过改变活性炭表面特性，可显著提升吸附性能，在pH=4条件下对Cr⁶⁺的去除率可达98.7%。

改性工艺与材料特性

改性制备流程

预处理：将10g活性炭加入100mL 0.2mol/L硝酸铁溶液，90℃恒温水浴振荡5h

后处理：蒸馏水冲洗至中性，110℃烘干后150℃烘焙5h

表征结果：改性后活性炭(Fe-GAC)比表面积增加23%，表面含氧官能团数量提升40%

关键性能提升

吸附选择性：在pH=2-6范围内，Fe-GAC对HCrO₄⁻的静电吸附能力增强

稳定性：改性后活性炭可重复使用5次以上，吸附率保持初始值的85%

温度适应性：45℃时吸附量较25℃提高24.5%，适合处理高温工业废水

吸附工艺参数优化

操作条件影响

时间效应：1.5h内吸附速率最快（Fe-GAC吸附率从7.3%增至35.8%），4h后趋于平衡

pH控制：pH=2时吸附率最高（92.9%），pH>6时急剧下降至20%以下

投加量：对50mL 50mg/L Cr⁶⁺废水，最佳投加量为0.3g（吸附率>97%）

工程应用参数

经济剂量：5g/L投加量时，Fe-GAC去除率73.03%，较普通活性炭提高7.62%

温度范围：推荐操作温度45-60℃，此时化学吸附占主导

配套工艺：建议前置pH调节池（控制pH=2-4）和后置污泥浓缩池

技术优势与工程案例

比较优势分析

效率提升：相同条件下Fe-GAC吸附量比普通活性炭高30-50%

成本效益：吨水处理成本降低40%，投资回收期2-3年（考虑污泥减量收益）

稳定性：抗水质波动能力强，Cr⁶⁺浓度变化±30%时仍保持85%以上去除率

典型应用案例

河南某电镀厂采用"调节池→Fe-GAC吸附→中和沉淀"工艺处理含铬废水（200m³/d）：

进水水质：Cr⁶⁺ 45-60mg/L，pH=1.8-2.5

运行效果：出水Cr⁶⁺<0.5mg/L，年运行费用节约18万元

副产品：回收铬污泥纯度达92%，可作为化工原料回用

技术局限与发展方向

当前局限性

pH依赖：需严格控制在酸性条件，增加调节成本

竞争吸附：废水中Zn²⁺、Cu²⁺等共存离子会降低10-15%吸附效率

再生损耗：每次再生约损失5-8%吸附容量

未来改进趋势

复合改性：开发硝酸铁-有机酸双重改性活性炭，拓宽pH适用范围

模块化设计：集成pH调节-吸附-再生单元，减少占地面积30%

智能控制：基于物联网的pH/ORP在线调控系统，降低药剂消耗20%

该技术已在国内20余家电镀企业应用，实践证明其对高浓度含铬废水（Cr⁶⁺<100mg/L）具有处理效果好、运行稳定和资源回收率高的特点，是当前重金属废水处理的优选技术之一。