Page 171 - 《精细化工》2020年第4期

第 4 期 王邓峰，等: 萝藦绒活性炭纤维的制备及其对亚甲基蓝的吸附性能 ·805·

蓝吸附量 [20-22] 。此外，基于 Langmuir 模型，常以分 表明上述吸附过程均属于自发过程，温度越高，初
离因子 R L 判断吸附反应难易程度，当 0<R L < 1 时， 始染液浓度越低，这种自发吸附越易于进行；而
0
吸附易于发生；R L >1，吸附很难发生，R L = 0，吸附 ∆H >0，则表示活性炭纤维对亚甲基蓝吸附是吸热
0
不发生 [34] 。用式（6）计算 R L 。 过程，温度升高利于吸附进行，同时，由于∆H 绝
1 对值均小于 80 kJ/mol，表明吸附过程以物理吸附为
R  （6）
L

0
1  0 K L 主 [36] ；∆S >0 说明吸附过程亚甲基蓝体系混乱度增
式中：ρ 0 为染液最大初始质量浓度，mg/L，本文为 加，活性炭纤维与染液分子在固-液界面接触的随机
1080 mg/L。 性增加 [37] 。
经计算，活性炭纤维在 278、288 和 298 K 下的 2.4 溶液 pH、电解质浓度对吸附饱和值的影响
R L 值分别为 0.117、0.093 和 0.072，表明活性炭纤 2.4.1 盐浓度对饱和吸附性能的影响
维在上述条件下的吸附过程均易于发生。同时， 为考察盐浓度对活性炭纤维吸附性能影响，配
Langmuir 拟合计算的理论饱和吸附量 Q max 值随着温 制初始质量浓度为 240 mg/L 的亚甲基蓝染液，以中
度升高而升高，表明温度对饱和吸附量有提升作 性 NaCl 为电解质，结果如图 5 所示。
用 [35] ，这与本文实验结果一致。
2.3.2 活性炭纤维对亚甲基蓝吸附热力学参数
0
本文基于吸 附数据分析 求得 ∆G (kJ/mol) 、
0
0
∆S (kJ/mol)和∆H (kJ/mol)等热力学参数以研究活性
炭纤维对亚甲基蓝吸附热力学性能，计算公式如下。
 S 0  H 0
ln K   （7）
R d R T

K  Ac （8）
d
 e
 G  0  H  0 T S 0 （9）
式中：K d 为吸附反应的平衡常数；R 为热力学常数，
8.314 J/(mol·K)；ρ Ac 为吸附平衡时被吸附剂吸附的
亚甲基蓝质量浓度，mg/L；ρ e 为吸附平衡后剩余亚
甲基蓝的质量浓度，mg/L。活性炭纤维不同条件下
的吸附热力学参数见表 4。

表 4 活性炭纤维在不同条件下的吸附热力学参数
Table 4 Adsorption thermodynamic parameters of ACF
under different conditions
0
0
0
ρ 0/ 温度/K ∆G / ∆S /〔kJ/ ∆H / R 2
(mg/L) (kJ/mol) (K∙mol)〕 (kJ/mol)
150 278 –4.444

288 –5.804 0.068 14.732 0.999
图 5 盐浓度对活性炭纤维饱和吸附性能的影响规律(a)
298 –7.164
及机制(b)
240 278 –1.187 Fig. 5 Effect of salt concentration on the saturated
288 –2.227 0.052 13.477 0.999 adsorption of ACF (a) and mechanism (b)
298 –3.267
如图 5a 所示，盐浓度的增加抑制了活性炭纤维
300 278 –0.536
288 –1.396 0.043 11.590 0.998 对亚甲基蓝的吸附，在初次添加 NaCl 时，这种抑制
298 –2.256 作用尤为明显，当盐质量浓度持续增加，吸附抑制
作用减弱。基于双电子层理论（图 5b），当染液中
–
由表 4 可知，活性炭纤维对不同浓度亚甲基蓝 盐浓度增大时，大量 Cl 挤入双电层，活性炭纤维双
吸附热力学相关拟合系数均高于 0.998，表明热力学 电层被压缩，整体电势减弱，静电引力减小，对染
拟合结果具有较高置信度。由热力学参数结果可知， 料的吸附能力下降 [38] ；同时，活性炭纤维通过表面
0
+
在上述温度及亚甲基蓝浓度中，吸附过程的∆G <0， 活性位点对亚甲基蓝进行吸附，但高浓度的 Na 会