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·2120· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 35 卷

吸附前后不同 pH 溶液中表面质子电荷量差值即为  1
E  (2 )K 2 （12）
表面质子电荷量（q pH ），移取上清液用火焰原子吸
2+
收分光光度计测定 Cd 浓度。 式中：q e 为平衡吸附量，mg/g；q m 为测试最大浓度
1.3 测试 下的饱和吸附量，mg/g； ρ e 为平衡质量浓度，mg/L；
2+
1.3.1 ZE 对 Cd 的去除率及吸附量计算 b 为吸附参数，L/mg；K F 和 n 为与吸附有关的常数；
2+
按下式计算ZE对Cd 的吸附量（q t）及去除率（D）： R 为气体常数，8.314J/(molK)；T 为绝对温度，K；
(ρ  ρ )V A、B 是模型拟合常数；K 为与能量有关的常数，
q t  0 t （1） 2 2
m mol /kJ ；ε 为 D-R 常数；E 为平均吸附能，kJ/mol。
(ρ  ρ ) 本实验吸附热通过沸石（ZE）对 Cd 吸附过程
2+
D / %  0 t  100 （2）
ρ 0 中吉布斯自由能变化（ΔG)、熵变（ΔS)和焓变（ΔH)
2+
式中：q t 为 t 时刻吸附量，mg/g；ρ 0 为 Cd 初始质 进行热力学分析。
2+
量浓度，mg/L；ρ t 为 t 时刻 Cd 质量浓度，mg/L； ΔG   RlnT K （13）
V 为溶液体积，L；m 为吸附剂质量，g。 Δ Δ S H
ln K   （14）
1.3.2 金属离子吸附模型拟合及参数计算 R RT
1.3.2.1 吸附动力学模型 式中：ΔG 为吸附标准吉布斯自由能变，kJ/mol；R
准一级动力学模型方程为： 为气体摩尔常数，8.314 J/(molK)；T 为绝对温度，
K t K；K 为吸附热力学平衡常数；ΔH 为吸附焓变，
lg(q  q )  lg q  1 （3）
t
e
e
2.303 kJ/mol；ΔS 为吸附标准熵，J/(molK)。
准二级动力学模型方程为：
t 1 t 2 结果与讨论
  （4）

q t Kq 2 e q e
2
2.1 粉煤灰与沸石物相表征
双常数模型为：
2.1.1 粉煤灰与沸石 SEM-EDS、XRD 和 XRF 分析
ln  t  A B lnt （5）
粉煤灰（FA）与沸石（ZE）的 SEM-EDS 图见
内扩散模型为：
图 1，二者的化学组成见表 1。
q  t K t 0.5  C （6） FA 与 NaOH 反应后，可以使玻璃相破碎形成结
3
2+
式中：q t 为 t 时刻沸石吸附 Cd 的吸附量，mg/g； 晶体，表面积增大，对重金属的吸附能力增强。从图
2+
q e 为吸附平衡时沸石吸附 Cd 的平衡吸附量，mg/g； 1a 可以看出，FA 主要是以表面光滑的玻璃珠存在，
t 为吸附时间，min；K 1 为准一级反应速率常数，
经 NaOH 改性后，形成正方体的晶体颗粒，表面粗
1/min；K 2 为准二级反应速率常数，g/(gmin)；K 3 糙，疏松多孔，具有独特的吸附性能。ZE 主要有 O、
1/2
为内扩散速率常数，mg/(gmin ) ，C 为常数。
Al、Si 和 Na 等元素，且 ZE 中 SiO 2 +Al 2 O 3 +Fe 2 O 3
1.3.2.2 吸附热力学模型 [16]
的质量分数大于 70%，属于 ClassN 级 。由表 1
采用 Langmuir、Freundich、Temkin 和 Dubinin-
可知，与 FA 相比，ZE 中 SiO 2 、Al 2 O 3 、P 2 O 5 等质
Radushkevich（D-R）等温吸附方程进行吸附热力学 量分数降低，但新增 Na 2O，这可能是由于在改性过
拟合。 +
程中，Na 作为交换离子，与 FA 中氧反应存留在 ZE
Langmuir 方程： 中所致。
  1
e  e  （7） 粉煤灰（FA）与沸石（ZE）的 XRD 图见图 2。
q e q m q m b 可以看出，FA 的主要成分为莫来石。ZE 主要
Freundlich 方程： 为 NaA 型沸石，分子式为 Na 96 Si 96Al 96O 384 ，ZE 与 PDF

1
ln q   ln   ln K （8） （39-0223）峰型吻合。ZE 的 XRD 图谱中，2θ=7.16、
F
e
n
 e 10.15、13.92、23.98、27.1和 29.92处出现 NaA
Temkin 方程：
型沸石结晶相，峰型尖锐，相对结晶度为 90.6%，
e q  A B lg  （9） 为六面体的单一晶型。FA 经过 NaOH 改性后，ZE
e
D-R 方程： 特征峰增强，莫来石含量减少，NaOH 分解的 Na 2O
2
ln q  e ln q  m K （10） 具有网架改性作用，可以破坏 FA 中莫来石表面 Si—
1 O—Si 和 Si—O—Al 网络构成的双保护层，促使
  Rln(1 T ) （11）
 e Si—O—Si 断裂，玻璃相 Si—O—Al 网络结构发生