Page 156 - 《精细化工》2023年第2期

·378· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

∆G=∆H－T∆S （12） 700 mg/L，50 ℃，pH=3，吸附时间 5 h 条件下，吸
附平衡后的 PDA/DCS 材料回收后进行吸附-脱附实
式中：ρ 0 为胭脂红溶液的初始质量浓度，mg/L；ρ e
为吸附平衡时染液的质量浓度，mg/L；K d 为吸附分 验，结果如图 12 所示。在循环使用 5 次后，PDA/DCS
配系数；R 为理想气体常数，数值为 8.314 J/(mol·K)； 材 料 对 胭 脂 红 的吸附量有所下降，其吸附率为
T 为温度，K；ΔG 为标准吉布斯自由能变，kJ/mol； 51.65%，但吸附量仍达到 616.90 mg/g。通过 5 次吸
ΔH 为标准焓变，kJ/mol；ΔS 为标准熵变，J/mol。 附-脱附实验后，将溶液中的 PDA/DCS 离心分离烘
干后称量可知，PDA/DCS 吸附剂质量从最初的
表 5 DCS 与 PDA/DCS 对胭脂红吸附过程的热力学参数
Table 5 Thermodynamic parameters of DCS and PDA/DCS 20 mg 降为 15 mg，结合图 12，循环利用 5 次后吸
for carmine adsorption process 附率明显下降可能是因为在分离、洗涤过程中，
吸附材料 T/K ΔG/(kJ/mol) ΔH/(kJ/mol) ΔS/[J/(mol·K)] PDA/DCS 的质量损失以及残留的染料均使其活性
DCS 293.15 –4.44 — — 位点减少所致。
303.15 –4.52 –2.04 8.17
313.15 –4.60 — —
323.15 –4.68 — —
333.15 –4.76 — —
PDA/DCS 293.15 –11.95 — —
303.15 –12.17 –5.49 22.04
313.15 –12.39 — —
323.15 –12.61 — —
333.15 –12.83 — —
注：—表示没有数据。

根据拟合结果可知，DCS 和 PDA/DCS 的 ΔH 图 12 PDA/DCS 的重复使用性能
Fig. 12 Reuse performance of PDA/DCS
均为负值，说明它们的吸附反应均是放热过程；两

种吸附材料的 ΔG 均为负值，且随着温度的升高而
对比表 4 中同类生物质材料吸附胭脂红的研
减小，说明吸附过程是自发的，且温度的升高有利
究，改性磁性 CS 吸附再生 3 次后，吸附率为
于吸附反应进行，但温度过高，吸附性能下降，与
52.23% [26] ，但吸附量仅达到 274.89 mg/g，与其相比，
前文中该范围温度对吸附效果的影响结果一致；此
PDA/DCS 经 5 次循环利用吸附量仍达到 600 mg/g
外，DCS 和 PDA/DCS 的 ΔS 均为正值，说明它们吸
以上，具有更佳的可重复利用性。在后续研究中将
附平衡时体系自由度增加。
进一步加强 PDA/DCS 吸附材料的结构稳定性，进
2.6 PDA/DCS 吸附再生性分析
而提高其再生利用率。
PDA/DCS 材料初次吸附胭脂红染料后以及经 5
次吸附-脱附后的 SEM 图如图 11 所示。由图可见， 3 结论
PDA/DCS 材料初次吸附染料后，结构变化不大，表
面附着一些染料颗粒，变得粗糙；而经 5 次吸附- （1）通过选择性氧化法和化学改性法分别制备
DCS 和 PDA/DCS 两种环保型吸附材料。微观形貌
脱附后，PDA/DCS 孔隙结构有较大破坏，变得松散，
和结构测试表明，CS 经氧化生成醛基，可与 PDA
表面更为粗糙，残留一些染料颗粒，可见吸附-脱附
发生席夫碱反应；与 CS 相比，DCS 结晶度下降且
次数较多时，染料不易洗脱完全。
形成片层状多孔结构，而 PDA/DCS 孔隙率和比表
2
面积进一步增至 95%和 51.78 m /g。
（2）DCS 与 PDA/DCS 对胭脂红染料的吸附均
符合准二级动力学模型和 Langmuir 模型，均以单分
子层化学吸附为主，两者吸附过程可自发进行，吸

附能力随温度升高而增强。与 DCS 相比，PDA/DCS
图 11 PDA/DCS 经初次吸附(a)及吸附-脱附后(b)的 SEM 图 的吸附速率和吸附量均有明显提升；PDA/DCS 吸附
Fig. 11 SEM images of PDA/DCS after adsorption (a) and
adsorption-desorption (b) 材料在胭脂红染液 pH 为 3、温度为 50 ℃、染料质
量浓度为 700 mg/L，吸附 5 h 时，吸附量可达
按照 1.8 节步骤，在胭脂红染液质量浓度为 1194.4 mg/g，具有优异的吸附效果。