Page 206 - 《精细化工》2020年第9期
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·1920·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 37 卷

            磷酸盐平衡吸附量(q e,mg/g)计算公式如下:                                          e      e    1        (5)
                                (      )V                                 q e  q max  K q
                                                                                         L max
                            q    0   e               (1)
                             e
                                    m                          Freundlich 模型:
            式中:V 为溶液体积,L;m 为吸附剂干质量,g;ρ 0                                                 1
            为溶液中磷酸盐的初始质量浓度,mg/L;ρ e 为溶液                                          q  K  n               (6)
                                                                                      F e
                                                                                  e
            中磷酸盐的平衡质量浓度,mg/L。                                  式中:K L 为与结合亲和力相关的 Langmuir 常数,
                 磷酸盐去除率(η)计算公式如下:                              L/mg;q max 为最大吸附容量,mg/g;K F 为与吸附容
                                                                                                    1/n
                                (      )                    量有关的 Freundlich 常数,(mg/g)/(mg/L) ;1/n 为
                           / %   0  e    100       (2)
                                    0                         与吸附强度有关的常数。
            式中:η 为磷酸盐去除率,%。                                    1.7  ES@Fe 3 O 4 -La 吸附热力学研究
            1.4  ES@Fe 3 O 4 -La 的表征                               根据 Freundlich 方程得到的 q e/ρ e,通过 Vant-Hoff
                 采用 XRF 测定 ES 和 ES@Fe 3 O 4 -La 的化学成分,         方程(式 7),计算吸附焓变∆H 和熵变∆S,并通过
            工作电压及工作电流分别设置为 40 kV 和 300 mA;采                    式(8)求得吸附过程的自由能变化∆G。
            用 X 射线衍射仪测定 ES 和 ES@Fe 3 O 4 -La 的晶型结                                      S      H
                                                                        lg(q  /  )                   (7)
            构,以铜靶 K α 为辐射源,工作电压及工作电流分别                                      e  e   2.303R  2.303RT
            设置为 40 kV 和 300 mA,速度为 2 (°)/min,衍射角                              G  Rln(T  q  /  )     (8)
                                                                                         e  e
            扫射范围为 5°~40°,步高为 0.02°;采用傅里叶变换
                                                               式中:∆S 为吸附熵变,J/(mol·K);∆H 为吸附焓变,
            红外光谱仪测定 ES 和 ES@Fe 3 O 4 -La 的化学结构,                kJ/mol;∆G 为自由能变,kJ/mol;R 为理想气体常
                                     –1
                                                        –1
            每个样品记录 4000~400 cm 的光谱,分辨率 2 cm ,
                                                               数,8.314 J/(mol·K);T 为热力学温度,K。
            扫描 32 次;采用激光粒度仪测定 ES 和 ES@Fe 3 O 4 -La
                                                               1.8   溶液初始 pH 对 ES@Fe 3 O 4 -La 吸附性能的影
            的粒径,He-Ne 激光器 λ= 632.8 nm,折射率为 1.681。
                                                                   响
            1.5  ES@Fe 3 O 4 -La 吸附动力学研究
                                                                   将 0.20 g ES@Fe 3 O 4 -La 置于 100 mL 锥形瓶中,
                 将 0.25 g ES@Fe 3 O 4 -La 置于 100 mL 锥形瓶中,
                                                               加入 30 mL pH 分别调节到 2~12 的磷酸盐质量浓度
            加入 30 mL(磷酸盐质量浓度分别为 10、30、
                                                               为 50 mg/L 的磷酸盐溶液中;混匀后,置于 25  ℃
            50 mg/L)的磷酸盐溶液,混匀后,分别置于 25 和
            40 ℃的恒温水浴振荡器中进行恒温振荡;分别在 5、                         的恒温水浴振荡器中恒温振荡 6 h,过 0.45 µm 微孔
            10、20、40、60、90、120、180、240、300 min 后               滤膜,并测定滤液中磷酸盐的质量浓度。
            取样,过 0.45  μm 微孔滤膜,测定滤液中磷酸盐的                       1.9   数据处理
            质量浓度。选择准一级动力学模型(式 3)和准二                                每个实验重复 3 次,利用 OriginPro 8.5 进行模
            级动力学模型(式 4)对所得数据进行拟合分析。                            型拟合与绘图。
                                         k
                        lg(q   e  q t )   lgq   e  1  t  (3)   2   结果与讨论
                                        2.303
                             t    1    t            (4)      2.1   结构表征
                             q   kq 2  q                       2.1.1  XRF 分析
                              t   2e    e
            式中:q t 为 t(min)时刻 ES@Fe 3 O 4 -La 对磷酸盐的吸               采用 X 射线荧光光谱仪测定 ES 和 ES@Fe 3O 4-La
                                                       –1
            附量,mg/g;k 1 为准一级动力学模型常数,min ;                      的化学成分,得到的数据以氧化物的形式表示,结
            k 2 为准二级动力学模型常数,g/(mg·min)。                        果见表 1。
            1.6  ES@Fe 3 O 4 -La 吸附等温线研究                           ES 的主要成分为 CaCO 3 ,其他物质含量很少,
                 取 0.20 g ES@Fe 3 O 4 -La 置于 100 mL 锥形瓶中,      未检测到镧的存在。ES@Fe 3 O 4 -La 中 Fe 2 O 3 的质量
            加入 30 mL(初始质量浓度为 0~200 mg/L)的磷酸                    分数明显增加,由 ES 的 0.012%增加至 30.336%,
            盐溶液,分别在 25、30、35 和 40  ℃下以 150 r/min               ES@Fe 3O 4-La 中 La 2 O 3 的质量分数为 2.032%。由于
            的速度振荡 6 h,以达到吸附平衡。振荡结束后,过                          改性过程中使用了氯化镧溶液,所以 ES@Fe 3 O 4 -La
            0.45  μm 微孔滤膜,并测定滤液中磷酸盐的质量浓                        中氯质量分数也增加了,由 ES 的 0.039%增加至
            度。采用 Langmuir(式 5)和 Freundlich(式 6)两               0.583%,表明改性后 Fe 3 O 4 和镧成功载入 ES。
            种模型拟合吸附等温线。                                        ES@Fe 3 O 4 -La 中除 Fe、La、Cl 以外的杂质质量分数
            Langmuir 模型:                                       低于 2%。表明杂质影响可忽略不计。
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