Page 202 - 《精细化工》2023年第12期

·2744· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

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两种动力学模型拟合曲线相关系数（R ）均
>0.93，表明 F 3 O 4 @GM 对重金属离子的吸附既有化
学吸附又有物理吸附。对比 3 种重金属离子在不同
吸附剂投加量下拟合曲线相关系数，吸附过程均更
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符合拟二级动力学模型，R >0.97。其次，拟二级动
力学模型计算出的平衡吸附容量与实际测定值更接
2+
2+
近，吸附剂投加量为 1.00 g/L 条件下，Pb 、Cu 、
2+
Zn 吸附容量分别为 100.00、70.05、63.90 mg/g；
2+
2+
吸附剂投加量为 0.1 g/L 条件下，Pb 、Cu 、Zn 2+
吸附容量分别为 434.25、428.90、112.00 mg/g。说明
2+
F 3 O 4 @GM 对 M 的吸附过程均以化学吸附为主导。
2.4 吸附等温线和热力学分析
2+
2+
2+
在 Pb 、Cu 溶液初始 pH=5，Zn 溶液初始
pH=6，吸附时间 420 min，吸附剂投加量 0.10 g/L
条件下，考察不同金属离子初始质量浓度（10~250
mg/L）对 F 3 O 4 @GM 吸附性能的影响，结果见图 4。
如图 4 所示，随着金属离子初始质量浓度的增加，
F 3 O 4 @GM 对 3 种重金属离子的吸附性能均呈现先

增加后达到平衡的趋势。在初始质量浓度较低时， a—Pb ；b—Cu ；c—Zn
2+
2+
2+
吸附容量随初始质量浓度的增加快速增大，随着初 图 4 F 3 O 4 @GM 对 3 种重金属离子等温吸附模型拟合曲线
始质量浓度继续增大，吸附容量缓慢增加。归因于 Fig. 4 Fitting curves of adsorption isotherm model of three
heavy metal ions onto F 3 O 4 @GM
初始质量浓度较低时，吸附剂活性位点远多于溶液
2+
中 M 数量，吸附剂活性位点可容纳足量金属离子； 3 种金属离子吸附效果的差异可能与水合离子
随着初始质量浓度的继续增加，吸附剂提供的活性 半径有关，水合半径越小、原子密度越大，静电吸
2+
位点基本被金属离子占据，吸附容量逐渐达到平缓。 引力越大，吸附效果越强。Pb 水合半径最小，Zn 2+
按照 1.3 节中非线性等温线 Langmuir 模型和 水合半径最大，与实验测试结果一致 [30] 。
Freundlich 模型对吸附数据进行拟合，拟合结果见图
4，相关拟合参数见表 4。对不同吸附质（金属离子） 表 4 F 3 O 4 @GM 对 3 种重金属离子等温线模型拟合参数
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的 Langmuir 模型和 Freundlich 模型 R 进行比较， Table 4 Fitting parameters of adsorption isotherm model
of three heavy metal ions onto F 3 O 4 @GM
2+
F 3 O 4 @GM 对 M 的吸附更符合 Langmuir 模型，采 Langmuir 模型 Freundlich 模型
2+
用 Langmuir 模型拟合得到的最大吸附容量 Pb 为 吸附质 K F/[(mg/g)
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q max/(mg/g) K L/(L/mg) R 1/n 1/n R 2
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555 mg/g、Cu 为 489 mg/g、Zn 为 125 mg/g，与实 (L/mg) ]
2+
2+
验所得最大吸附容量（Pb 511 mg/g、Cu 481 mg/g、 Pb 2+ 555 0.07 0.96 158 0.24 0.93
2+
2+
Zn 124 mg/g）更接近，说明 F 3 O 4 @GM 对 M 的吸 Cu 2+ 489 0.16 0.97 172 0.21 0.96
Zn 2+ 125 0.21 0.99 62 0.14 0.94
附过程以单分子层吸附为主。Freundlich 中 n 为与吸

2+
2+
2+
附强度有关的特征常数，Pb 、Cu 、Zn 3 种离子
对吸附过程热力学参数 ΔH 和 ΔS 进行计算，分
按照 Freundlich 拟合所得 1/n 均<0.5，表明 F 3 O 4 @GM
析吸附过程中主要吸附作用力、吸附能。根据不同
对 3 种离子的吸附容易进行。 温度下 K d 拟合，按照公式（8）计算出热力学参数，

同时按照公式（9）计算出吸附过程 ΔG，拟合结果
如图 5 所示，相关热力学参数见表 5。由图 5 和表 5
可知，ΔH>0、ΔS>0、ΔG<0，且同一金属离子时，
ΔG 随着温度的升高而不断减小，说明过程为自发进
行的吸热过程，温度升高有利于吸附进行，ΔH 在
20~400 kJ/mol 范围表明吸附过程为化学吸附。
将不同沸石、类沸石吸附材料对重金属离子的
吸附性能与 F 3 O 4 @GM 对 3 种重金属离子的吸附性
能进行了比较，结果如表 6 所示。