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第 6 期 王梓民，等: 冷冻交联制备 ZM-CSt-PVA 复合凝胶及吸附 Cu 性能 ·1201·

ZM 单体的存在改变了复合凝胶的微观结构；饱和 结果如图 5a 所示。对图 5a 的数据取对数、作图，
吸附后，ZPG1 的平层孔隙几乎被完全填满（图 4c）， 使用 F 方程进行线性拟合，结果如图 5b 所示。
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而 ZPG2 新增了大量的裂缝（图 4d），这与偏光显微 从图 5a 可知，在测试范围内，ZPG 对 Cu 的
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镜观测所得结果一致。孔隙的增多有利于增加吸附 吸附量随着 Cu 的初始质量浓度增加而增大，原因
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材料的比表面积，提高吸附量和吸附速率，这一点 是 ZPG 表面和溶液 Cu 之间的质量浓度梯度与吸附
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还可用与 SEM 联用的 EDS 予以验证，结果如表 1 量正相关。当 Cu 质量浓度达到 2×10 mg/L 时，
ZPG2 吸附量为 199 mg/g，ZPG1 吸附量为 156 mg/g。
所示。
相同条件下 ZPG2 的吸附量优于 ZPG1。

图 4 吸附前 ZPG1(a)和 ZPG2(b),吸附后 ZPG1(c)和
ZPG2(d)的扫描电镜影像
Fig. 4 SEM images of ZPG1 before adsorption (a), ZPG2
before adsorption (b), ZPG1 after adsorption (c)
and ZPG2 after adsorption (d)

表 1 饱和吸附后 ZPG 的能谱元素分析
Table 1 EDS elements analysis of ZPG after saturated adsorption

元素质量分数/%
图 5 Langmuir 等温吸附模型拟合（a），Freundlich 等温
C O Na S Cl K Cu
吸附模型拟合（b）
ZPG1 54.48 33.40 1.61 1.99 2.28 1.14 5.10 Fig. 5 Langmuir fitting of isothermal adsorption model (a),
ZPG2 41.25 30.79 — 8.21 — — 19.75 Freundlich fitting of isothermal adsorption model (b)

注：—表示没有检测到数据。 2
与 F 拟合相比较，L 拟合计算的相关系数 R 更
从 EDS 半定量分析结果可知，在不显示 N、H 接近于 1，理论最大吸附量 Q m （ZPG1 为 199 mg/L，ZPG2
为 231 mg/L）也与实验测定值（ZPG1 为 181 mg/L，
等轻元素含量的条件下，ZPG2 饱和吸附后的铜元素
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质量分数为 19.75%，远远高于 ZPG 的 5.10%。原因 ZPG2 为 216 mg/L）接近，说明 ZPG 对 Cu 的吸附
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在于，一方面 ZM 上所带的两性离子能够与 Cu 产 符合 L 方程，是单分子层吸附。F 方程中，系数（1/n）
生配位作用，增强化学吸附效果；另一方面 ZM 的 数值的大小表示质量浓度对吸附量影响的强弱，
存在使 ZPG2 分子在盐水中具有反聚电解质效应， （1/n）越小则吸附性能越好 [23] ；图 5b 显示，ZPG2
增强了吸附效果。 的（1/n）为 0.76931，小于 ZPG1 的 0.79870，表示
2.5 等温吸附模型 ZPG2 的吸附性能优于 ZPG1，与实验结果一致。
凝胶对金属离子的吸附过程通常可用 Langmuir Dubinin-Radushkevic（D-R）模型可用于描述复
（简称 L 方程）吸附等温模型或 Freundlich 吸附等 杂吸附剂表面的柱填充能力，适用于较高质量浓度
温模型（简称 F 方程）来描述。固定 ZPG 0.1 g，被 范围的离子吸附 [24] ，可以计算平均吸附自由能
吸附液体积 100 mL，吸附时间 24 h，在 25 ℃下考 E a (kJ/mol)，从而推测吸附类型。当 E a 大于 8 kJ/mol
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察 Cu 初始 质量浓度与 吸附量的关 系，使 用 时一般认为以化学吸附为主。对吸附数据进行 D-R
Origin8.0 方程库中的 Langmuir 型进行非线性拟合， 拟合，如图 6 所示。