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
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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。