Page 159 - 精细化工2019年第10期

4+
第 10 期 程福龙，等: Zr 掺杂对 Mg/Al 水滑石磷酸根吸附行为的影响 ·2125·

3+
4+
是由于少量的 Zr 取代 Al ，引起类水滑石层发生 板间距增加，这会导致磷酸根离子与层板之间的静
扭曲，导致比表面积和孔容增大；而进一步提高 Zr 4+ 电相互作用以及与层间阴离子的离子交换作用增
4+
4+
3+
添加量，样品中类水滑石相的数量会逐渐减少，导 强，引起吸附量增加。随着 n(Zr )/n(Al +Zr )进一
致比表面积和孔容下降。 步增加至 0.7，吸附量又逐渐减少，这是由于添加过
4+
量的 Zr 引起类水滑石相数量减少导致的。
为确定磷吸附过程的速控步骤，分别采用准一
级动力学方程（2）以及准二级动力学方程（3）对
吸附动力学数据进行拟合，结果见表 2。
k
ln(q  e q t )  ln q  e 1 t （2）
2.303
t  1  t （3）
q kq 2 q
t 2e e
式中：q t 和 q e 分别表示 t 时刻和平衡时刻的磷吸附
量，mg/g；k 1 和 k 2 分别为准一级吸附速率常数和准

–1
图 3 Mg/Al/Zr 样品的氮气吸附-脱附等温线 二级吸附速率常数，单位分别为 min 和 g/(mg·min)；
Fig. 3 Nitrogen adsorption-desorption isotherm curves of t 为吸附时间，min。
Mg/Al/Zr samples

2.2 吸附性能 表 2 准一级和准二级吸附动力学拟合参数
Table 2 Adsorption kinetic parameters of pseudo-first-
2.2.1 吸附动力学 order and pseudo-second-order model
在磷初始质量浓度为 100 mg/L、吸附剂投加量 准一级动力学 准二级动力学
为 1 g/L、温度为 25 ℃、pH≈6 条件下，考察了 Mg/Al/Zr 吸附剂 q e/ k 1/ q e/ k 2/
–1
2
2
类水滑石在不同时刻的磷吸附量，结果见图 4。 (mg/g) min –1 R (mg/g) (g·mg · R
min )
–1

MAZ-0 28.87 0.334 0.971 30.20 0.009 0.991
MAZ-1 36.97 0.866 0.983 37.80 0.027 0.995
MAZ-3 50.05 0.527 0.974 51.67 0.010 0.988
MAZ-5 33.19 0.327 0.922 35.17 0.007 0.981
MAZ-7 26.86 0.525 0.949 27.88 0.017 0.985

由表 2 可知，准二级动力学模型的相关系数
2
（R >0.981）高于准一级动力学模型，说明 Mg/Al/Zr
类水滑石对磷的吸附过程更适合用准二级动力学模
型来描述，化学吸附可能是该吸附过程控速步骤。

2.2.2 吸附等温线
图 4 接触时间对 Mg/Al/Zr 类水滑石吸附量的影响 在 pH≈6、吸附剂投加量为 2 g/L、吸附时间为
Fig. 4 Effect of contact time on the uptake of Mg/Al/Zr
hydrotalcite-like 24 h、温度为 25 ℃条件下进行了磷吸附等温实验，
结果见图 5。
在吸附的起始阶段，吸附剂对磷的吸附很快，
吸附量迅速增加，随后增速变缓，直至 120 min 后
4+
达到吸附平衡。另外，吸附量随着 Zr 含量的增加
先增加后减少，样品 MAZ-3 的吸附量最大。一般而
言，吸附量与吸附剂的比表面积有直接关系，比表
面积越大，提供的吸附活性位点越多，越有利于吸
4+
3+
4+
附。n(Zr )/n(Al +Zr )从 0 增加至 0.1 时，吸附剂
4+
的比表面积增加，导致吸附量增加。然而，n(Zr )/
3+
4+
n(Al +Zr )进一步增加至 0.3 时，虽然比表面积减
少，但吸附量却继续增加，表明比表面积不是影响

Mg/Al/Zr 类水滑石吸附磷性能的唯一因素，吸附量
图 5 Mg/Al/Zr 类水滑石的磷吸附等温曲线
4+
的增加还可能与 Zr 的引入密切相关。XRD 结果表 Fig. 5 Phosphate adsorption isotherm curve of Mg/Al/Zr
4+
明，添加 Zr 后，类水滑石层板正电荷密度以及层 hydrotalcite-like