Page 209 - 《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 ·199·

表 4 中，ρ e 为吸附达到平衡时 Cr(Ⅵ)质量浓度， 复合材料（FeS）、铁掺杂吸附剂（FeRH）等吸附剂
mg/L；q max 为单层饱和最大吸附量，mg/g；b 为 Langmuir 进行比较（表 6），发现 CSCBC 对 Cr(Ⅵ)吸附效果
模型中吸附相关的平衡常数；K 为 Freundlich 模型吸 优于 FeYBC、FeS，且是 FeRH 的 2 倍多 [17-19] 。结
n
附平衡常数，mg 1+n /(L ·g)；n 为特征吸附常数；β 2 为 果表明，CSCBC 对 Cr(Ⅵ)具有良好的吸附能力，是
2
2
D-R 模型的吸附常数，mol /kJ ；ε 为 Polanyi 势能。 一种有效的吸附剂。
热力学实验数据线性拟合结果如图 4 所示，3
种吸附等温线拟合参数如表 5 所示。由图 4a~c 可以
看出，根据实验数据拟合所得的 Langmuir 模型等温
线、Freundlich 模型等温线和 D-R 模型等温线的拟
2
合曲线回归系数 R 分别为 0.9993、0.7323 和 0.8036。
2
比较 3 种模型拟合曲线的 R ，可以发现 Langmuir
等温吸附模型对实验数据的拟合程度更高，表明
Langmuir 等温吸附模型较为符合 CSCBC 吸附 Cr(Ⅵ)
过程的热力学特征，即吸附过程吸附质 Cr(Ⅵ)以单
分子层的形式吸附在吸附剂表面。由表 5 可知，由
Langmuir 等温吸附模型计算出的最大吸附容量

（q max ）为 25.3 mg/g，非常接近于实验所得的 q e,exp
a—Langmuir 模型；b—Freundlich 模型；c—D-R 模型
25.1 mg/g。此外，将 CSCBC 的最大吸附容量与已 图 4 吸附等温线模型拟合曲线
报道的生物炭基铁氧化物复合材料（FeYBC）、FeS Fig. 4 Adsorption isotherm models fitting curves

表 5 吸附热力学模型的拟合参数结果
Table 5 Fitting equation and parameters of adsprption isotherm models
Langmuir 等温线 Freundlich 等温线 D-R 等温线
q max/(mg/g) b R 2 n K/[mg 1+n /(L ·g)] R 2 β 2/(mol /kJ ) R
2
2
2
n
25.3 1.86 0.9993 12.7 18.6 0.7323 0.0591 0.8036

表 6 其他含 Fe 吸附剂对 Cr(Ⅵ)的最大吸附容量 CSCBC 的物相组成并未见明显变化，表明吸附前后
Table 6 Maximum adsorption capacity of Cr(Ⅵ) by other 未有新的物相生成。
Fe-based adsorbents

吸附剂 q max/(mg/g) 参考文献
FeYBC 24.37 [17]
FeS 22.45 [18]
FeRH 11.14 [19]
CSCBC 25.30 本研究

2.5 吸附机理探讨
2.5.1 物相分析
吸附前后 CSCBC 和 CS 的 XRD 谱图如图 5 所
示。对比分析发现，原料 CS 和 CSCBC 的特征峰相
似，且主要由晶相和非晶态矿物组成，检测出结晶 图 5 CS 和 CSCBC 吸附前后的 XRD 谱图
Fig. 5 XRD patterns of CS and CSCBC before and after
相为铁橄榄石（Fe 2 SiO 4 ，JCPDS No.76-0512）和磁
adsorption
铁矿（Fe 3 O 4 ，JCPDS No.74-0748）。虽然 CSCBC 在
XRD 谱图中显示出相似的晶体矿物，但衍射峰强度 2.5.2 XPS 分析
为进一步了解碱激发 CS 形成 CSCBC 过程和
明显降低，说明在碱激发作用下，Fe 2 SiO 4 和 Fe 3 O 4
部分发生化学键合反应，参与化学键合陶瓷体的形 CSCBC 吸附 Cr(Ⅵ)后材料表面结构的变化，采用
成。由此可知，在水玻璃作用下，CS 可以反应形成 XPS 进行表征分析，结果如图 6 所示。从图 6a 的全
化学键合陶瓷体胶结基质。另外，将吸附前后 谱图可以看出，CSCBC 在吸附后检测到了 Cr 元素
CSCBC 的 XRD 谱图对比可知，吸附前和吸附后 峰，由于 Cr 元素的自旋偶合，Cr 2p 核心能级分为