Page 191 - 《精细化工》2023年第1期

第 1 期 吴连永，等: 木焦油基活性炭的制备及其对亚甲基蓝的吸附性能 ·183·

表 3 WAC 对亚甲基蓝的 Langmuir 吸附等温线拟合结果 表 5 WAC 吸附亚甲基蓝的热力学参数
Table 3 Langmuir isotherm equations and corresponding Table 5 Thermodynamic parameters of methylene blue
parameters of WAC for methylene blue adsorption on WAC
Langmuir 温度/K  θ  θ  θ
温度/K G /(kJ/mol) H /(kJ/mol) S /[J/(mol·K)]
K L/(L/mg) q m/(mg/g) R 2 R L 13.51 47.69
303 –31.55
303 0.861 460 0.999 0.00232~0.0549
313 –32.26
313 0.759 510 0.999 0.00263~0.0618
323 –33.07
323 0.698 559 0.999 0.00286~0.0668

表 4 WAC 对亚甲基蓝的 Freundlich 和 Temkin 吸附等温 由表 5 可知， G θ 在温度为 303、313 和 323 K
线拟合结果
Table 4 Freundlich and Temkin isotherm equations and 下分别为–31.55、–32.26 和–33.07 kJ/mol，表明亚甲
corresponding parameters of WAC for 基蓝在 WAC 上的吸附是自发的，温度越高，亚甲
methylene blue
基蓝在 WAC 上的吸附驱动力越大。由图 8 计算可
Freundlich Temkin 得，WAC 吸附亚甲基蓝的 H θ 为 13.51 kJ/mol，说
温度/K K F/[(mg/g)·
2
1/n n R 2 K T/(L/g) b/(J/mol) R 明亚甲基蓝在 WAC 上的吸附是吸热反应；该吸附
(L/mg) ]
303 226 5.99 0.777 2160 67.9 0.934 过程 S θ 为 47.69 J/(mol·K)，表明虽然亚甲基蓝分子
313 233 5.49 0.813 1061 60.6 0.952
被吸附于 WAC 表面，但体系上熵增加，可归因于
323 236 5.28 0.625 491 54.5 0.790
溶液亚甲基蓝分子在固液界面层固体 WAC 上的有
2.2.4 吸附热力学 序吸附。
为进一步确定 WAC 吸附印染废水中亚甲基蓝 2.2.5 WAC 的循环利用及与生物质基活性炭材料
的反应类型和 WAC 对吸附过程的热力学影响，通 吸附量比较
过式（10）和式（11）计算活性炭吸附亚甲基蓝的
吸附剂的可循环利用性是衡量吸附剂性能的另
热力学参数。热力学参数包括吸附标准吉布斯自由
一个重要指标。WAC 的循环利用和相关参数如图 9、
能（ G θ ）、吸附标准焓变（ H θ ）和吸附标准熵变
表 6 所示。
（ S θ ）。计算公式见式（10）和（11）。
 G  θ  RlnT K （10）
d
 S θ  H θ
ln K   （11）
d R RT
式中：K d 为固液分配系数； S θ 为吸附标准熵变，
J/（mol·K）； H θ 为吸附标准焓变，kJ/mol； G θ 为
吸附标准吉布斯自由能，kJ/mol；R 为理想气体常数，
–3
8.314×10 J/(mol·K)；T 为温度，K。
根据吸附等温曲线和 Langmuir 吸附模型，研究
WAC 对亚甲基蓝的吸附热力学行为。WAC 吸附亚
甲基蓝热力学关系曲线和热力学参数计算结果如图
8、表 5 所示。 图 9 WAC 的循环利用
Fig. 9 Recycle of WAC

经 3 次循环使用后，吸附剂对亚甲基蓝的吸附
量仍可达首次吸附量的 81.2%，说明其具有良好的
重复利用价值。而吸附量下降的原因可能是多次重
复利用后活性炭表面塌陷或表面空隙被堵塞引起的
可利用活性位点和比表面积减少。将 WAC 的吸附
性能与文献报道的生物质基活性炭及商业活性炭进
行比较，虽然 WAC 比表面积不是最大的，但对亚
甲基蓝的吸附量更高，可多次循环利用。由此可见，

图 8 WAC 吸附亚甲基蓝热力学关系曲线 以木焦油为前驱体制备的活性炭是一种性能优越的
Fig. 8 Thermodynamic relationship curve of WAC adsorption
methylene blue 吸附材料。