Page 174 - 精细化工2019年第8期

·1662· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 36 卷

行了拟合和分析，表 1 列出了方程（3）和（4）的
2
拟合参数和相关性系数 R 。从表 1 可以看到，PP-SA
2+
吸附 Cu 过程与 Langmuir 吸附等温式拟合较好，相
2
关性系数 R 为 0.9976，更接近 1，说明 PP-SA 对
2+
Cu 的吸附符合 Langmuir 吸附模型，为单分子层吸
附，主要通过羧基阴离子、带孤电子对的氨基与 Cu 2+
之间的相互作用形成吸附。

2+
表 1 PP-SA 对 Cu 的 Langmuir 和 Freundlich 吸附等温

式参数
2+
图 1 硫酸铜初始质量浓度对 PP-SA Cu 吸附容量的影响 Table 1 Langmuir and Freundlich isotherm parameters of
2+
Fig. 1 Influence of initial mass concentration of CuSO 4 on adsorption of PP-SA for Cu
2+
the adsorption capacity of PP-SA for Cu
Langmuir Freundlich
2
Q 0/(mg/g) K b/(L/mg) R 2 K f/(mg/g) n R
204.6 15.34 0.9976 148 26.31 0.8727

2+
2.5 Cu 吸附动力学研究
2+
为探讨 PP-SA 对 Cu 吸附过程的机理，分别采
用准一级动力学方程（5）和准二级动力学方程（6）
对图 2 数据进行处理 [13] ，并对吸附过程拟合和分析。
方程（5）中 Q e 和 k 1 可通过 ln(Q e Q t )对 t 拟合计算
得到，方程（6）中 Q e 和 k 2 可通过 t/Q t 对 t 拟合计

算得到。
2+
图 2 吸附时间对 PP-SA Cu 吸附容量的影响
2+
Fig. 2 Influence of time on the adsorption of PP-SA for Cu ln(Q e Q t )=lnQ e k 1 t （5）
t/Q t =1/k 2 Q e +t/Q e （6）
2
由图可知，吸附容量随吸附时间的增加而增大， 1
式中：k 1 为准一级动力学方程速率常数，min ；k 2 为
60~240 min 吸附速率较快，吸附容量从 42 mg/g 增
准二级动力学方程速率常数，g/mg·min。
至 190 mg/g，之后基本达到吸附平衡，吸附容量增
由两个方程所得的理论平衡吸附容量、吸附速
长缓慢，变化不大，吸附 390 min 时为 199.3 mg/g。 率常数及相关系数计算结果见表 2。由结果可知，
2+
初始吸附速率较快，是由于 Cu 的吸附首先发生在
2
准二级动力学方程的拟合相关系数 R 为 0.9981，明
PP-SA 的表面吸附位，且此时复合树脂外部溶液渗 显大于准一级动力学方程的 R ，并且由准二级动力
2
透压较大，因此吸附溶胀较快 [11] 。随着吸附的进行，
学方程计算得到的理论平衡吸附容量为 210.9 mg/g，
PP-SA 有一定程度的吸液溶胀，此时外部溶液渗透 与实际测量值相差不大，说明 PP-SA 对 Cu 的吸附
2+
2+
压相对变小，且 Cu 需要进入 PP-SA 内部的吸附位， 过程更契合准二级动力学方程。
有一定的传质阻力 [11] ，因此吸附速率减缓，吸附容

量随时间变化较缓，直至到达吸附平衡。 表 2 PP-SA 吸附 Cu 的动力学参数
2+
2+
2+
2.4 Cu 吸附等温线研究 Table 2 Kinetic parameters of Cu adsorption for PP-SA
吸附等温线可用于分析被吸附物质的分子与吸 Langmuir Freundlich
附材料表面之间的相互作用，最常用的吸附等温线 Q e,cal ① k 1/min 1 R Q e,cal k 2 R 2
2
/(mg/g) /(mg/g) /(g/mg·min)
方程是 Langmuir 吸附等温式（3）和 Freundlich 吸 86.17 0.1895 0.8921 210.9 1.1×10 0.9981
4
附等温式（4） [12] ：
注：①Q e,cal 为通过拟合计算得到的理论平衡吸附容量。
ρ e /Q e =1/Q 0 K b +ρ e /Q 0 （3）
1nQ e =lnK f +(1/n) lnρ e （4） 2.6 XPS 分析
式中：Q 0 为单层平衡吸附量，mg/g；K b 为吸附平衡 将吸硫酸铜溶液饱和后的 PP-SA 复合树脂于
常数，L/mg；K f 为吸附能力常数，mg/g；n 为无量 70 ℃干燥粉碎后进行 XPS 分析，图 3 为样品的 Cu 2p
0
2+
+
纲常数。 图谱。文献报道，Cu 、Cu 及 Cu 的结合能峰均位
2+
分别采用上述两种吸附等温线方程对 PP-SA 吸 于 933.0~933.8 eV，但 Cu 的谱线会伴随出现一个
2+
附 Cu （初始质量浓度 1000~2000 mg/L）的过程进 离主峰约 9 eV 左右的卫星峰 [14] 。由图可见，PP-SA