Page 161 - 精细化工2019年第12期

第 12 期 宋 祥，等: 钛柱撑蒙脱石对镍离子和锰离子的吸附机理 ·2489·

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mg/g。这可能是由于升高温度，有利于金属离子获 因为 ΔH>0，表明 Ti-MMT 吸附 Ni 、Mn 为吸热
得更多的动能以克服金属离子与 Ti-MMT 间的能量 过程，这与升高温度，吸附量与去除率提高表现一
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障碍，同时，使得 Ti-MMT 的部分表面组分发生解 致。ΔS>0，表明 Ni 、Mn 固定在 Ti-MMT 的活
离，从而在吸附剂上产生更多的吸附活性位点 [34] 。 性位点时，固液界面的随机性增加，表明 Ti-MMT
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利用 Van’t-Hoff 方程〔式（11）〕对不同温度 的活性位点可能和 Ni 、Mn 之间发生一些结构
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下 Ti-MMT 吸附 Ni 、Mn 的等量吸附焓进行拟合计 交换 [35] 。
算，由如下方程计算 Gibbs 自由能（ΔG）、焓变（Δ
H）、熵变（ΔS），结果如图 10、表 6 所示。
 S  H
ln K   （11）
R d R T
 G   RlnT K （12）
d
式中：K d （K d = q e /ρ e ）为分配系数，L/mg；R 是摩
尔气体常数；T 是热力学温度，K。
从图 10 和表 6 可见，当吸附温度从 298 K 上升
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到 328 K 时，Ti-MMT 吸附 Ni 、Mn 的 Gibbs 自
由能（ ΔG ）分别从 –1.6400 kJ/mol 下降至

–3.1282 kJ/mol 和从 2.3775 kJ/mol 下降 至
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图 10 Ti-MMT 吸附 Ni 和 Mn 的 lnK d –1/T 图
0.8727 kJ/mol 。 ΔG 随温 度升 高而 减小 ，表 明 Fig. 10 The lnK d –1/T-diagram of Ni and Mn adsorbed
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Ti-MMT 对 Ni 、Mn 的吸附能力变得更大，同时， by Ti-MMT

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表 6 Ti-MMT 吸附 Ni 、Mn 的热力学参数
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Table 6 Thermodynamic parameters of adsorption of Ni and Mn by Ti-MMT
ΔH/ ΔS/ ΔG/(kJ/mol)
Metal ions
(kJ/mol) 〔J/(mol·K)〕 298 K 303 K 308 K 313 K 318 K 323 K 328 K
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Ni 15.6026 57.4944 –1.6400 –1.6675 –2.0554 –2.1279 –3.3105 –2.8222 –3.1282
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Mn 12.3148 35.4726 2.3775 1.0557 1.1538 1.0203 1.0088 0.9962 0.8727

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热熵增过程，而 Mn 属于吸热熵增的非自发过程。
3 结论 （4）本文对 Ti-MMT 分别对 Ni 与 Mn 的吸附
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及脱除机制进行了探究，但实际的废水成分复杂，
（1）以 Na-MMT、钛酸四丁酯作基质材料，将
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聚合羟基阳离子 Ti 柱撑到 Na-MMT 层间，制备了 重金属离子往往多种共存，下一步工作将进一步提
高吸附体系溶液组分的复杂度，研究多种离子共存
Ti-MMT。Ti-MMT 的晶面间距 d 001 增大为 2.94 nm，
时的吸附机理。
端面存在≡≡Si—O、≡≡Al—O、≡≡Al—OH 等化学键，
悬浮液体系的电势呈负值，是其具有优异吸附性能 参考文献：
的结构基础。
[1] Fu Fenglian, Wang Qi. Removal of heavy metal ions from
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（2）Ti-MMT 可有效脱除 Ni 与 Mn ，吸附脱 wastewaters: A review[J]. Journal of Environmental Management,
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除过程受溶液初始 pH、Ti-MMT 用量、Ni 与 Mn 2+ 2011, 92(3): 407-418.
初始质量浓度、吸附时间和吸附温度等因素影响， [2] Badmus M A O, Audu T O K, Anyata B U. Removal of lead ion from
其中，pH 的影响最大。在 pH=7，Ti-MMT 用量为 industrial wastewaters by activated carbon prepared from periwinkle
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5 g/L，Ni 初始质量浓度为 50 mg/L，318 K 时吸附 shells (Typanotonus fuscatus)[J]. Turkish Journal of Engineering and
Environmental Sciences, 2007, 31(4): 251-263.
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120 min，Ni 吸附量 q e 可达 9.46 mg/g，去除率可达 [3] Singh R, Gautam N, Mishra A, et al. Heavy metals and living
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94.59%；在 pH=7，Ti-MMT 用量为 9 g/L，Mn 初 systems: An overview[J]. Indian Journal of Pharmacology, 2011,
始质量浓度为 50 mg/L，328 K 时吸附 180 min，Mn 2+ 43(3): 246.
吸附量 q e 可达 4.82 mg/g，去除率可达 86.73%。 [4] Zhuang P, McBride M B, Xia H, et al. Health risk from heavy metals
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（3）Ti-MMT 对 Ni 与 Mn 的吸附均更符合 via consumption of food crops in the vicinity of Dabaoshan mine,
South China[J]. Science of the Total Environment, 2009, 407(5):
Temkin 吸附，动力学更符合拟二级动力学方程，吸 1551-1561.
附过程受液膜扩散、颗粒内扩散环节等控制，且以 [5] Michalke B, Fernsebner K. New insights into manganese toxicity and
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离子交换的化学吸附为主。此外，Ni 属于自发吸 speciation[J]. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology,