Page 80 - 《精细化工》2020年第5期

·930· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷

从表 2 中可知，不同温度下的 MB 和 CV 的
2
Langmuir 和 Freundlich 的相关系数 R 都大于 0.950，
Langmuir 和 Freundlich 模型均可描述水凝胶对 MB
和 CV 的吸附，但是对于 CV，Langmuir 等温方程
2
2
的 R 大于 Freundlich 等温方程的 R ，说明 Langmuir
等温方程更符合本实验吸附过程，复合水凝胶对 CV
的吸附过程是单分子层吸附。而对于 MB，Freundlich
2
2
等温方程的 R 大于 Langmuir 等温方程的 R ，说明
对于 MB 吸附过程更符合 Freundlich 等温方程，复
合水凝胶对 MB 的吸附过程以多分子层吸附为主。
2.3.5 吸附热力学
温度对吸附过程有较大影响。改变温度会改变
吸附剂对特定吸附剂的平衡容量。由图 9 可知，复
合水凝胶对染料的吸附量随着染料初始浓度的增加
而增加。同时随着吸附温度的升高，两种染料的吸
附量逐渐增大，可以推断吸附过程可能是吸热过程。
为更好地了解温度对染料吸附的影响，通过研
究吸附热力学参数来研究其吸附过程，热力学参数

图 9 不同温度下初始浓度对吸附的影响 主要包括自由能（ΔG ）、焓（ΔH ）和熵（ΔS ）
θ
θ
θ
Fig. 9 Effect of initial concentration on the adsorption at 等。公式如下：
different temperatures
K  Q e （7）
吸附现象常用吸附等温线来描述。为了研究吸 d ρ e
附阳离子染料 MB 和 CV 的吸附等温线，通常采用    
ln K   H  S （8）
Langmuir 和 Freundlich 吸附等温方程来研究吸附过 d RT R
程。其中 Langmuir 等温吸附方程为：  G  θ  RlnT K （9）
d
  1
e  e  （5） 式中：Q e 为吸附量，mg/g；ρ e 为吸附平衡后溶液浓
Q e Q 0 Q K L 度，mg/L；Q 为吸附量，mg/g；ρ 0 为溶液初始质量
0
式中：Q 0 为单层最大吸附量，mg/g；K L 为 Langmuir
浓度，mg/L；K d 为平衡分配系数常数，L/g；T 是绝
常数，L/mg。
对温度，K；R 是理想气体常数，8.314 J/（mol·K）。
Freundlich 等温吸附方程可表述为：
对图 9 数据进行拟合得到图 10，热力学参数结
lgQ  e lg K  F 1/ lgn  （6） 果见表 3。
e
式中：K F 为吸附能力常数，mg/g；n 为吸附剂的吸 由图 10 和表 3 可以看出，不同浓度下的 MB 和
2
附强度；其中 n>1 表示吸附易于发生，n<1 表示吸 CV 拟合曲线的 R 都大于 0.95，说明实验计算所得
附进行较慢。 热力学参数比较符合实际过程。两种染料在不同浓
对图 9 实验所得数据进行线性拟合，拟合结果 度下计算的ΔH 均大于 0，ΔH 平均值分别为
θ
θ
如表 2 所示。 13.708 和 20.020 kJ/mol，表明水凝胶对 MB 和 CV
的吸附均为吸热过程。在 3 个不同温度下，ΔG 计
θ
表 2 Langmuir 和 Freundlich 吸附等温线参数 θ
Table 2 Langmuir and Freundlich adsorption isotherm parameters 算结果都小于 0，且随着温度的升高，ΔG 值越小，
30、40、50 ℃吸附 MB 和 CV 的平均值分别为
Langmuir parameters Freundlich parameters
温度/℃ –12.285 、 –13.030 、 –13.991 和 –8.077 、 –9.033 、
2
R K F/(mg/g) n R 2
K L/(L/mg)
–9.930 kJ/mol，说明在实验温度范围内，复合水凝
30 0.034 0.963 138.522 1.072 0.997
胶对 MB 和 CV 染料吸附是能自发进行的，且升温
MB 40 0.049 0.982 158.027 1.089 0.994
θ
50 0.059 0.983 190.099 1.084 0.988 有利于吸附进行。ΔS 大于 0，平均值分别为 85.651
30 0.063 0.983 63.907 1.651 0.975 和 92.706 kJ/mol/K，表明吸附过程属自发的不可逆
CV 40 0.048 0.991 59.363 1.375 0.977 过程，水凝胶对染料分子的吸附是无序和随机的，
50 0.032 0.954 55.064 1.180 0.976 吸附后混乱度增加。