Page 209 - 《精细化工》2020年第9期
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第 9 期                      宋冰洁,等:  磁性载镧鸡蛋壳对水中磷酸盐的吸附性能                                   ·1923·


                表 3   磷酸盐在 ES@Fe 3 O 4 -La 上的吸附拟合参数            附。磷酸盐 在 ES@Fe 3 O 4 -La 中的 吸附熵变为
            Table 3  Regression parameters of phosphate adsorptionon   61.5169 J/(mol·K),表明该吸附过程会使吸附体系的
                    ES@Fe 3 O 4 -La
                                                               混乱度增加。
                      Langmuir 模型         Freundlich 模型
             温度
                                      K F/〔(mg/g)                表 5   磷酸盐在 ES@Fe 3 O 4 -La 上的吸附热力学参数
              /℃   q max   K L   R               n    R
                                                       2
                                  2
                  /(mg/g)   /(L/mg)   /(mg/L)   1/n 〕          Table 5    Thermodynamic parameters of phosphate adsorption
              25   18.02  0.3210  0.9913  5.7500  3.6456  0.9030       on ES@Fe 3 O 4 -La
              30   18.31  0.4584  0.9950  6.1799  3.5880  0.9014  温度/℃    ∆G/(kJ/mol)  ∆H/(kJ/mol)  ∆S/〔J/(mol·K)〕
              35   18.80  0.5865  0.9964  6.7234  3.6576  0.9161   25       –9.5591     8.7729     61.5169
              40   19.05  0.6836  0.9958  6.8730  3.5932  0.9391   30       –9.8667
                                                                   35      –10.1743
                 结果表明,磷酸盐在 ES@Fe 3 O 4 -La 上的吸附数                   40      –10.4819
            据与 Langmuir 等温线模型拟合较好,该模型的相关
                                      2
            系数高于 Freundlich 模型,R 均在 0.99 以上。表明                 2.5   溶液初始 pH 对 ES@Fe 3 O 4 -La 吸附磷酸盐的
            吸附剂表面较均匀,各位点的吸附能力相同                       [31] 。       影响
            25 ℃下,磷酸盐在 ES@Fe 3 O 4 -La、ES、Fe 3 O 4 上的              图 7 为溶液初始 pH 的变化对 ES@Fe 3 O 4 -La 吸附
            q max 分别为 18.02、2.58、0.79 mg/g。这说明相比 ES,           磷酸盐去除率的影响。可以观察到 ES@Fe 3O 4-La 对磷
            ES@Fe 3 O 4 -La 能够明显提高对磷酸盐的吸附能力。                   酸盐的吸附具有高度的 pH 依赖性。在强酸性条件
            相较于陈天      [15] 的报道(在体系温度 25  ℃下,磷酸                下,随着 pH 的增加,ES@Fe 3 O 4 -La 对磷酸盐的吸
            盐在铁盐、铝盐改性鸡蛋壳中的饱和吸附量为 4.07、                         附增加。pH 为 4.0 左右时,去除率达到最大,对磷
            4.41 mg/g)具有一定优势。                                  酸盐的去除率可达 99%。随着 pH 的进一步升高,
                 将 ES@Fe 3 O 4 -La 与其他镧改性吸附剂的除磷能               ES@Fe 3 O 4 -La 对磷酸盐的吸附量降低,当 pH 达到
            力 进 行 比较, 结果 如表 4 所示。 可以 看出,                       10 后,去除率逐渐增加。
            ES@Fe 3O 4-La 的除磷能力较为突出。并且将废弃鸡
            蛋壳作为制备吸附剂的载体具有产量巨大且易得的
            优点。

                      表 4   不同含镧吸附剂除磷能力
            Table 4    Removal capacity of phosphate on different
                     lanthanum-containing adsorbents
                   吸附材料           最大吸附容量/(mg/g)     文献
              ES@Fe 3O 4-La            18.02       本研究
              La 改性沸石                  17.20         [32]

              La 改性膨润土                 10.54         [33]
                                                               图 7   溶液初始 pH 对磷酸盐在 ES@Fe 3 O 4 -La 上吸附的影响
              La 改性膨润土                 14.00         [34]
                                                               Fig. 7    Effect of initial pH value on the phosphate adsorption
              La 改性陶粒                  11.02         [19]            on ES@Fe 3 O 4 -La
              La 改性带状黏土                10.00         [35]
              La 改性活性炭纤维              6.34~7.92      [36]          溶液 pH 对于吸附过程至关重要,一方面会改
              La(OH) 3 改性活性炭纤维         15.30         [37]      变磷酸盐的存在状态,另一方面会决定材料的表面
              La 改性维苏石                  6.70         [38]      电荷及本身稳定性        [22] 。所以,溶液初始 pH 的变化
              La 改性水凝胶                  7.86         [39]      对 ES@Fe 3 O 4 -La 吸附磷酸盐的影响较为复杂。
                                                                   磷酸盐的种类在不同的 pH 下是不同的,如下
            2.4  ES@Fe 3 O 4 -La 的吸附热力学                        所示:
                 磷酸盐在 ES@Fe 3 O 4 -La 中的吸附热力学参数如                              pK 1    pK 2     pK 3
                                                                                                    3
            表 5 所示。ES@Fe 3 O 4 -La 的∆G<0,且随着吸附温度                       HPO   3  4  H PO   2   4  HPO 2  4    PO
                                                                                                    4
            的升高而逐渐减小,这说明 ES@Fe 3 O 4 -La 对水中磷                  式中:pK 1 =2.13,pK 2 =7.20,pK 3 =12.33 [22] 。
            酸盐的吸附是自发过程。磷酸盐在 ES@Fe 3 O 4 -La 的                      由图 7 可知,ES@Fe 3 O 4 -La 较宽的 pH 范围内
            吸附焓变为 8.7729 kJ/mol,表明该吸附过程是吸热                     对磷酸盐的去除率较高。在 pH<2 的强酸性条件下,
            的,温度升高有利于磷酸盐在 ES@Fe 3 O 4 -La 上的吸                  ES@Fe 3 O 4 -La 的结构被破坏,CaCO 3 和 Fe 3 O 4 溶解,
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