Page 207 - 《精细化工》2022年第1期

第 1 期 韦 宇，等: 铜渣基化学键合陶瓷材料吸附 Cr(Ⅵ)的性能及机理 ·197·

断延长，吸附率逐渐降低。当 Cr(Ⅵ)初始质量浓度
为 50 和 100 mg/L 时，吸附 30 和 120 min 可达平衡，
吸附率分别为 99.5%和 99.6%；当 Cr(Ⅵ)初始质量浓
度为 150 mg/L 时，吸附 240 min 后，Cr(Ⅵ)的吸附
率达 99%以上；当 Cr(Ⅵ)溶液初始质量浓度增大至
200 和 250 mg/L 时，达平衡所需时间分别增加至 480
和 510 min，并且对应的平衡吸附率分别下降至
93.0%和 80.3%。CSCBC 对 Cr(Ⅵ)的吸附过程可分为
3 个阶段 [13-14] ：第 1 阶段，反应初期，吸附剂刚加

入 Cr(Ⅵ)溶液中，吸附剂上的吸附位点相对充足，
图 2 溶液 pH 对 CSCBC 吸附 Cr(Ⅵ)的影响（a）及 Cr(Ⅵ)
且 Cr(Ⅵ)质量浓度也相对较高，分布相对密集，多
在不同 pH 下的形态分布（b）
位点和高质量浓度 Cr(Ⅵ)之间的传质动力较为明
Fig. 2 Effect of pH of the solution on Cr(Ⅵ) adsorption by
CSCBC (a); Cr( Ⅵ ) speciation distribution at 显，所以这个阶段吸附速度较快，此阶段也称为快
different pH (b) 速吸附阶段。第 2 阶段，反应中期，吸附速度逐渐
变小，吸附率增加相对变缓慢，这个阶段被称为慢
–
当溶液 1≤pH≤2 时，Cr(Ⅵ)主要以 HCrO 4 的形 速吸附阶段。第 3 阶段，反应后期，吸附达平衡，
2– –
式存在；当 2<pH<9 时，Cr(Ⅵ)主要以 CrO 4 和 HCrO 4 吸附率则不再增加，此阶段为吸附平衡阶段。在这
2–
的形式存在；当 pH>9 后，Cr(Ⅵ)主要以 CrO 4 的形 个阶段，吸附剂表面的活性吸附位点均被 Cr(Ⅵ)占
式存在。结合图 2a 可知，吸附 pH=1 时，吸附效果 据，溶液中 Cr(Ⅵ)质量浓度达最低，传质动力最
最佳。 小，致使吸附达到平衡。由此可知，在 Cr(Ⅵ)初始
2.3 吸附动力学 质量浓度为 100 mg/L 下的最优吸附条件为：温度为
在 pH=1、CSCBC 投加量为 8 g/L、温度为 25 ℃、 25 ℃、pH=1、CSCBC 投加量为 8 g/L、振荡时间
Cr(Ⅵ)初始质量浓度分别为 50、100、150、200 和 120 min。
250 mg/L 的条件下，考察 CSCBC 对 Cr(Ⅵ)的吸附 为进一步探讨 CSCBC 对 Cr(Ⅵ)的吸附行为，选
率随振荡时间的变化曲线如图 3a 所示。由图 3a 可 用 4 种经典吸附动力学模型进行拟合分析：准一级
知，随着吸附时间的延长，吸附率均不断增大；随 动力学模型、准二级动力学模型、颗粒内扩散模型、
着 Cr(Ⅵ)初始质量浓度的增加，吸附达平衡时间不 Elovich 方程模型 [15] 。模型及相应的线性方程见表 2。

表 2 典型吸附动力学模型
Table 2 Typical adsorption kinetics models
模型名称 动力学模型 线性方程 线性拟合 特征参数
dq t
准一级动力学  kq  1  q t  e ln q   e q t    k t  1 ln q ln q  q t  对 t q e, k 1
e
 e
dt
dq 2 t 1 1 t
准二级动力学 t kq  2   q t  e  2  t 对 t q e, k 2
dt q t kq q e q t
2e
颗粒内扩散 q  t k t 1/2  C q  k t t 1/2  C q 对 t 1/2 k t, C
t
t
t
dq   1 1
Elovich 方程 t  v 0 e t q q  t  ln v    0 lnt q 对 lnt v 0, β
t
dt  

2
表 2 中，q t 为吸附 t 时刻时的吸附容量，mg/g； 余 3 种动力学模型得到的拟合曲线回归系数 R 均在
t 为吸附时间，min；q e 为吸附达平衡时的吸附容量， 0.96 以上。由此推断，在吸附过程中物理吸附和化
–1
mg/g；k 1 为准一阶速率平衡常数，min ；k 2 为准二 学吸附同时作用 [16] 。从表 3 可知，准一级动力学模
阶速率平衡常数，g/(mg·min)；k t 为颗粒内扩散速率 型和准二级动力学模型计算所得的理论平衡吸附容
1/2
平衡常数，mg/(g·min )；C 的大小与边界层厚度有 量（q e,cal ）分别为 19.3、24.3、26.4 mg/g 和 32.3、
关，无量纲；v 0 为初始时刻的扩散速率，mg/(g·min)； 33.8、35.0 mg/g，实验实际所得平衡吸附容量（q e,exp ）
β 为解析常数，g/mg。 分别为 18.7、23.2、25.1 mg/g；对比可知，准一级
线性拟合结果如图 3b~e 所示，4 种吸附动力学 动力学模型的理论值与实际值总体较为相近，表明
模型的拟合参数如表 3 所示。由图 3b~e 可知，除 准一级动力学模型最符合 CSCBC 吸附 Cr(Ⅵ)过程，
Elovich 方程模型得到的拟合曲线拟合度较差外，其 则 CSCBC 对 Cr(Ⅵ)的吸附过程主要受物理吸附控