Page 166 - 精细化工2019年第10期
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·2132·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                  第 36 卷

                              2+
                 从 BMFC 对 Cd 的吸附效果可以看出，随着 pH                   大，但在 80 min 后，虽然吸附量也有增加但基本保
            增加，吸附量随之增加。当溶液 pH 较低（2.0~4.0）                      持稳定，变化不是很明显。吸附过程可以分成三阶
                           2+
            时，BMFC 对 Cd 的吸附量较少，可能是酸性太强，                        段，即快速阶段、慢速和平衡状态。在第一阶段，
              +
                                                                        2+
                                                   +
            H 太多，将 BMFC 表面的活性位点占据，H 和 Cd                 2+    溶液中 Cd 的浓度较高，而且 BMFC 表面很多的吸
                                                                                  2+
                                2+
            产生竞争吸附，使 Cd 进入到生物炭的微孔中较困                           附位点未被占用，Cd 能够迅速地进入到该吸附材
            难，因此吸附能力小；当 pH 增加到 5.0 时吸附量增                       料的微孔中而使吸附量增加；在慢速阶段，BMFC
            加迅速，可以达到 24.90  mg/g；当溶液 pH 增加到                    表面的吸附位点被堵塞、被占用，镉离子在孔中的
                                  2+
            5.0~8.0 时，BMFC 对 Cd 的吸附量迅速增加。原因                    传质速度变慢，减慢了它的吸附速度；经过 80 min
                                                                                                   2+
            可能是去质子作用发生在 BMFC 表面，使它的吸附                          的吸附时间以后吸附达到平衡，吸附 Cd 的量基本
                              2+
            位点暴露出来，Cd 在溶液中的存在状态慢慢变成                            不再变化。
                                                                     2+
                    +
            [Cd(OH)] ，因此吸附量变多。当 pH 大于 8.0 后，吸                      Cd 被 BMFC 吸附的动力学行为用两个动力学
            附量虽增加但速度减缓，有轻微沉淀生产，调节 pH                           方程（准一级和准二级）进行拟合，图 9 为拟合曲
                                       2+
                                                   +
            使其继续增加到 10.0 时，Cd 和[Cd(OH)] 会变成                    线，表 2 是动力学模型的相关参数。
            Cd(OH) 2 沉淀，覆盖在 BMFC 表面，将吸附孔道堵
                                       2+
            住，进而阻碍了 BMFC 对 Cd 的吸附              [9,13] 。因此，
                        2+
            BMFC 对 Cd 的最佳吸附 pH 为 7.0，后续实验研究
            中的 pH 也为 7.0。
            2.3.2    吸附动力学考察
                                        2+
                 吸附时间对 BMFC 吸附 Cd 效果的影响见图 8。






                                                                                      2+
                                                                       图 9  BMFC 对 Cd 吸附动力学曲线
                                                                    Fig. 9    Adsorption kinetics of BMFC on Cd 2+

                                                                   根据图 9 和表 2，与准一级动力学方程相比，准
                                                               二级动力学方程能更好地拟合吸附时间对 BMFC 吸
                                                                                          2
                                                                    2+
                                                               附 Cd 的影响，其相关系数 R 为 0.986，而准一级

                                                                                     2
                                                               动力学方程的相关系数 R 仅为 0.945。用准二级动力
                                       2+
                     图 8    时间对吸附 Cd 效果的影响                     学方程计算后，得到理论平衡吸附量为 31.793 mg/g，
              Fig. 8    Effect of contact time on the adsorption of Cd 2+
                                                               与 30.500 mg/g 的实验平衡吸附容量相差不大，说明
                                                                          2+
                                            2+
                 从图 8 可以看出，BMFC 对 Cd 的吸附速率在                    BMFC 对 Cd 的吸附过程用准二级动力学方程描述
            前 40 min 增加较明显，且吸附量随时间的增加而增                        更加准确。

                                                          2+
                           表 2    锰铁氧体/生物炭复合材料对 Cd 吸附的准一级和准二级吸附动力学特征参数
                                                                          2+
            Table 2    Pseudo-first-order and pseudo-second-order kinetic model parameters of Cd on manganese ferrite/biochar composite
                           q t,exp            准一级动力学                                准二级动力学

                          /(mg/g)     q e/(mg/g)   k 1/min     R        q e/(mg/g)   k 2/〔g/(min·mg)〕   R
                                                                                                         2
                                                                2
                                                       –1
                  2+
                Cd         30.500      29.777       0.16      0.945      31.793         0.00832       0.986

            2.3.3    吸附等温线考察                                   碰撞的几率，吸附量也随之增加；当初始浓度继续
                                            2+
                   2+
                 Cd 初始浓度对 BMFC 吸附 Cd 的影响如图 10                  增加到一定值时，吸附量基本保持稳定，增幅不大。
                                                                                   2+
            所示。                                                从图中可以看出，当 Cd 的初始浓度增加到        60
                                 2+
                 根据图 10 可知，Cd 起始浓度比 40 mg/L 低时，                mg/L 时，由于 BMFC 的活性位点有限，使其对 Cd               2+
                                          2+
            随着起始浓度递增，BMFC 对 Cd 的吸附量快速增                         的吸附几乎达到饱和，吸附达到平衡状态。
                                                                                2+
            加。原因为当溶液的起始浓度增加时，反应体系中                                 BMFC 吸附 Cd 的等温数据用 Langmuir 等温吸
                                            2+
               2+
            Cd 的数量也随之增加，从而使 Cd 更容易进入吸                          附模型和 Freundlich 等温吸附模型来进行拟合，图
                                    2+
            附材料微孔中，增加了 Cd 与 BMFC 表面活性位点                        11 是拟合曲线，表 3 是相关动力学模型参数。
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