Page 217 - 《精细化工》2021年第11期

第 11 期 王 茜，等: 磷酰基乙酸改性粉煤灰基 SBA-15 的制备及选择性吸附稀土性能 ·2363·

pH 会影响吸附剂表面的电势或官能团形态， 剂表面位点丰富，可快速结合稀土离子，吸附效率
因此影响吸附剂对稀土离子的吸附作用。SBA-15 快速增加；随着吸附持续进行，表面吸附位点大部
[2]
的零电位点与氧化硅接近，在 pH 2 左右 。图 3a 分被占用，此时吸附剂对溶液中稀土离子吸引力减
表明，当 pH>2 后，吸附剂表面负电势增强，吸附 弱，且已结合的稀土离子会对溶液中的稀土离子产
剂对稀土离子静电力越来越强,吸附效率越来越高； 生排斥作用，吸附变得缓慢，直至达到吸附平衡。
图 3b 中，部分氨基覆盖使 NH 2 -SBA-15 表面比 吸附包括以下 4 个过程：稀土离子从溶液主体
SBA-15 表面静电力弱，吸附效率降低；而由图 3c 扩散至吸附剂表面的水膜（过程 1）；稀土离子克服
可以看出，在 pH=4~6 时，PAA-SBA-15 对 5 种稀 水膜阻力到达吸附剂表面（过程 2）；稀土离子从吸
土离子吸附效率均可达 80%以上，PAA 改性的介孔 附剂外表面扩散至吸附剂孔道内表面吸附位点处
二氧化硅吸附剂表面零电位点介于 pH 6~7 [11] ，因此 （过程 3）；稀土离子结合到吸附剂的吸附位点上（过
在 pH 4~6 范围内，PAA-SBA-15 对稀土元素没有静 程 4）。其中，过程 1、2 属稀土离子的液膜扩散过
+
电吸附 作 用，且 此 时溶液中 H 浓度 较低 ， 程，过程 3 为稀土元素的内扩散 [28] 。吸附动力学主
PAA-SBA-15 表面质子化减弱，离子交换作用减弱， 要是研究各种因素对于化学反应速率的影响。在室
推测稀土离子与 PAA-SBA-15 吸附剂表面官能团发 温条件下 5 种稀土离子溶液（10 mL）中加入 25 mg
生了化学络合作用。 PAA-SBA-15，在 pH 为 5 条件下吸附 180 min，以
3+
3+
2.3.2 吸附动力学考察 ICP-AES 测定不同吸附时间下样品中 Eu 、Gd 、
3+
3+
3+
3+
3+
配制 10 mL 质量浓度为 10 mg/L 的 Eu 、Gd 、 Tb 、Nd 、Sm 5 种稀土离子浓度，通过准一级、
3+
3+
3+
Tb 、Nd 、Sm 溶液数份，利用 HCl 和 NaOH 溶 准二级动力学模型进行拟合，其模型方程式如式
液（均为 2 mol/L）调节其 pH 为 5，室温下吸附不 （3）、（4）所示 [29] ，结果见图 5 和表 3。
同时间，使用 0.45 μm 滤膜过滤分离出的液体，利
用 ICP-AES 分析其溶液中剩余稀土离子浓度，计算
SBA-15、NH 2 -SBA-15 和 PAA-SBA-15 的吸附效率
及吸附量，结果如图 4 所示。

图 5 准一级动力学方程和准二级动力学拟合曲线
Fig. 5 Quasi-first order kinetic equation and quasi- second
order kinetic equation fit curves

图 4 吸附时间对 PAA-SBA-15 吸附稀土元素的影响
Fig. 4 Effect of adsorption time on PAA-SBA-15 adsorption 表 3 准一级动力学和准二级动力学方程参数
of rare earth elements Table 3 Quasi-first order kinetic and quasi-second order
kinetic parameters
从图 4 可以看出，在吸附开始 50 min 内吸附效 准一级动力学 准二级动力学
2
–1
2
率增加较快，之后吸附效率缓慢增加，吸附 180 min K 1/min R K 2/[g/(mg·min)] R
Eu 3+ 0.0155 0.669 0.0110 0.986
后，吸附效率不再增加，此时达到吸附平衡。PAA-
Gd 3+ 0.0156 0.641 0.0141 0.992
3+
3+
3+
3+
3+
SBA-15 对 Eu 、Gd 、Tb 、Nd 、Sm 5 种稀土 Tb 3+ 0.0242 0.760 0.0107 0.985
离子的吸附效率分别为 84.1%、85.0%、86.5%、 Nd 3+ 0.0160 0.689 0.0131 0.991
82.2%、85.6%。推测在吸附开始的 50 min 内，吸附 Sm 3+ 0.0187 0.757 0.0090 0.979