Page 199 - 《精细化工》2023年第12期

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第 12 期 陆 艳，等: 铜渣铁基类沸石地质聚合物吸附 Pb 、Cu 、Zn 性能及机理 ·2741·
1.3 吸附实验 为单分子层吸附时的最大吸附容量，mg/g；ρ e 为吸
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分别将 3.9063 g CuSO 4 •5H 2 O、1.5999 g PbNO 3 、 附平衡时 M 的质量浓度，mg/L；K L 为 Langmuir
1/n
4.3983 g ZnSO 4 溶于 800 mL 去离子水中，转移至 1 L 常数，L/mg；K F 为 Freundlich 常数，(mg/g)(L/mg) ；
容量瓶中用去离子水定容、摇匀，分别配制质量浓 n 为 Freundlich 常数，无量纲；T 为吸附温度，K；
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度为 1 g/L 重金属 M （M=Cu、Pb、Zn）母液；根 R 为气体常数，8.314 J/(mol·K)；ΔH 为吸附过程焓
据实验条件稀释为不同质量浓度（10、25、50、75、 变，kJ/mol；ΔS 为吸附过程熵变，kJ/(mol·K)；ΔG
100、150、200、250 mg/L）。分别取 50 mL 待处理 为吸附过程吉布斯自由能，kJ/mol。
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Pb 、Cu 、Zn 溶液于锥形瓶中，利用 0.1 mol/L 1.4 吸附剂选择性和循环使用性能测定
盐酸和 0.1 mol/L NaOH 溶液调节至实验所需 pH， 为验证实际废水中含有的共存离子和有机物对
加入投加量为 0.10 g/L 吸附剂摇匀后放置于 120 r/min F 3 O 4 @GM 吸附重金属性能的影响，分别将 25 mL
的恒温振荡器振荡进行吸附实验。吸附至 480 min 质量浓度为 100 mg/L 的亚甲基蓝、KCl、MgCl 2 溶
采用 0.22 μm 滤膜进行过滤，采用紫外-可见分光光 液加入到 25 mL 质量浓度为 100 mg/L 的单一重金属
度计测定吸光度，并根据标准曲线换算重金属离子 离子溶液中混合，利用 0.1 mol/L 盐酸和 0.1 mol/L
质量浓度。吸附剂对各重金属离子的吸附量、去除 NaOH 溶液调节不同混合液 pH 至 5，投加量为 0.10
率及其分配系数由式（1）、（2）、（3）计算得出： g/L 吸附剂摇匀后放置于 120 r/min 的恒温振荡器振
r /%  (   ) /   100 （1） 荡 480 min，采用 0.22 μm 滤膜进行过滤，测定溶液
0 e 0
q  (   ) /V m （2） 中重金属离子质量浓度。
e 0 e 为测定 Pb 、Cu 、Zn 在 F 3 O 4 @GM 上的竞争
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V   
K  0 e （3） 吸附行为，分别量取 20 mL 质量浓度为 100 mg/L 的
d
m  e 2+ 2+ 2+
Pb 、Cu 和 Zn 溶液在锥形瓶混合均匀。利用 0.1
式中：r 为吸附剂对重金属离子的吸附率，%；q e mol/L 盐酸和 0.1 mol/L NaOH 溶液调节不同混合液
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为吸附剂对 M 的平衡吸附容量，mg/g；K d 为分配
pH 至 5，投加量为 0.10 g/L 吸附剂摇匀后放置于 120
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系数，mL/g；ρ 0 为溶液初始 M 质量浓度，mg/L；ρ e r/min 的恒温振荡器振荡 480 min，采用 0.22 μm 滤
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为吸附平衡时 M 的质量浓度，mg/L；V 为重金属
膜进行过滤，测定混合液中 3 种离子质量浓度。
离子溶液体积，L；m 为吸附剂质量，g。
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将 1.3 节中已吸附 Pb 、Cu 和 Zn 的 F 3O 4@GM
采用拟一级动力学模型和拟二级动力学模型拟 浸入 50 mL 0.5 mol/L 盐酸中，并在室温下振荡
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合动力学实验数据，描述 F 3 O 4 @GM 对 M 的吸附 2+ 2+ 2+
480 min 将吸附在 F 3 O 4 @GM 上的 Pb 、Cu 和 Zn
行为，模型方程如式（4）和式（5）所示。采用
充分解吸分离，过滤收集吸附剂，并用去离子水洗
Langmuir、Freundlich 两种等温线模型对 F 3 O 4 @GM 涤至中性，60 ℃下干燥 8 h 后在进行循环吸附实验，
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吸附 M 数据进行等温吸附模型研究，模型方程如
测定吸附剂循环使用性能。
式（6）和式（7）所示。利用热力学公式，如式（8） 1.5 材料表征
和式（9）所示，对吸附过程的吉布斯自由能（ΔG）、 将 1.3 节吸附后 F 3 O 4 @GM 离心收集，并在 60 ℃
反应焓变（ΔH）和熵变（ΔS）进行计算，分析吸附温 下干燥 12 h 后，采用 XRD 在 Cu K α 射线源，
度对吸附性能的影响。 λ=0.15406 nm，扫描角度（2）为 10°~90°条件下测
q  q ( 1e  1 kt ) （4） 试铜渣、F 3 O 4 @GM 吸附前后晶体结构及组成。使
t e
–1
2
qk t 用 FTIR 通过 KBr 压片法，在 4000~400 cm 范围内
q  e2 （5）
t
1 qk t e2 测试 F 3 O 4 @GM 吸附前后所含基团种类。利用 BET
q K  测试氮气吸附-脱附曲线，测得吸附剂的比表面积、
q  max L e （6） 孔径分布和孔容等参数，脱气环境温度 80 ℃，最
e

1 K 
Le
q  K  1/n （7） 大脱气持续时间 4 h。通过 XPS 测定样品表面化学
e F e 性质。采用 SEM 对 F 3O 4@GM 吸附前后微观形貌进
 S  H
ln K  d  （8） 行测试。
R RT
 G   H T S  （9） 2 结果与讨论
式中：q t 为 t 时刻吸附容量，mg/g；k 1 为拟一级动力
–1
学模型常数，min ；k 2 为拟二级动力学模型常数， 2.1 溶液 pH 对吸附性能的影响
溶液 pH 影响吸附剂表面电荷性质及吸附质存
g/(mg·min)；q e 为吸附平衡时吸附容量，mg/g；q max