膨润土对染料废水中的甲基紫吸附研究：吸附模型探讨

王炎

摘要：本文用膨潤土作为吸附剂，甲基紫为吸附质，通过对吸附模型进行了数学拟合，探究了膨润土吸附甲基紫对的吸附模型，分析了吸附的微观机理和吸附过程所能达到的程度问题，为膨润土作为处理工业废水的吸附剂的开发利用提供科学依据。

关键词：膨润土；吸附；染料废水；甲基紫

0、引言

吸附热力学一般是在各种温度条件下，通过对吸附剂吸附吸附质的吸附量的研究而得到的各种热力学数据，研究吸附过程所能达到的程度问题。当吸附达到平衡时，吸附剂的吸附量为 ，其中T表示温度，C表示浓度。当固定T或者C时，平衡吸附量就T或C的单值函数；如果T不变，则为吸附等温线。

稀溶液的吸附，常忽略在吸附时因吸附溶剂而引起溶液浓度变化，即溶液浓度的改变完全是因为溶质被吸附所造成的。稀溶液中常用的模型是Langmuir吸附等温式和Frendlich吸附等温式[1]。

1、等温吸附理论

1.1 Langmuir吸附理论

Langmuir[2]等温吸附方程理论的基本假设是：固体颗粒表面是均匀的，被吸附分子间的作用力互不影响；分子在其表的吸附是单分子层，固体表面一旦被吸附质覆盖就不能再吸附其他分子，并且己吸附上的分子不会转移。当吸附剂全部吸附位点被占据时，此时单分子层吸附量即为饱和吸附量。

其中，qm是吸附剂饱和吸附量（mg/g）；qe吸附达到平衡后膨润土的吸附量（mg/g）；Ce是吸附达到平衡后上清液的浓度（mg/L）；b是Langmuir常数，它与吸附剂同被吸附离子间亲合力有关，b越大，二者间的吸附能力越强，其中 为该吸附模型的吸附平衡常数。

以Ce/qe对Ce作图为直线，根据直线的斜率和截距可得到Langmuir等温线参数b和饱和吸附量qm。

1.2 Freundlich吸附理论

其中，qe吸附达到平衡后膨润土的吸附量（mg/g）；Ce是吸附达到平衡后上清液的浓度（mg/L）；K、n都是吸附相关常数，其中K是与吸附剂能力相关的Frendlich常数，n为Freundlich吸附强度相关的Frendlich常数。

以ln qe对ln Ce作图，根据直线的斜率和截距可得到Freundlich等温吸附相关常数K和n。K和 n与吸附剂与吸附质的种类和温度有关系，在固液吸附体系中，n越小则吸附越不易进行。

2、等温吸附实验

2.1 不同浓度下的吸附平衡

①在初始pH下，配制浓度分别为30、50、70、90、110、130 μg/mL的甲基紫溶液；

②取6个250 mL锥形瓶，分别向各个锥形瓶中准确加入100 mL上述浓度甲基紫溶液，再各自称取50 mg膨润土加入锥形瓶中；

③盖上瓶塞，置于303 K水浴振荡器中恒温振荡70 min；

④取50 mL吸附后的溶液于离心管中，在离心机中以1000 r/min的转速离心4 min；

⑤取上清液，以蒸馏水为参比，用722分光光度计在585 nm处测定吸附后溶液的吸光度（若上清液浓度超出标准曲线的吸光度范围，需要稀释有一定倍数后测吸光度A）；

⑥通过标准曲线计算出溶液中甲基紫的剩余浓度，并通过公式计算出膨润土的吸附量；

⑦再分别在吸附温度为313 K、323 K下重复上述实验。

在不同温度下，随着甲基紫溶液初始浓度的增加，平衡浓度不断变大，膨润土的平衡吸附量也随之加大。

2.2 吸附等温线

为了进一步研究改性膨润土的吸附等温线，采用origin7.5拟合软件对所得的数据进行拟合。根据所得数据，用Ce/qe对Ce作图，得到膨润土吸附甲基紫的Langmuir等温吸附线，如图1所示；用lg Ce对lg qe作图，得到膨润土吸附甲基紫的Frendlich等温吸附线，如图2所示：

根据拟合出的等温吸附等温线，由Langmuir等温吸附方程和Frendlich等温吸附方程计算出膨润土吸附甲基紫的等温吸附参数。

3、结语

在不同反应温度下，用实验数据对Langmuir等温吸附方程和Frendlich等温吸附方程进行拟合，如图1和图2所示。由上图可以看出，实验数据对两种等温吸附方程都拟合得比较好，因而膨润土吸附甲基紫的过程既存在单分子层吸附，也存在多分子层吸附[4]；采用Langmuir等温吸附方程拟合的吸附等温线的R2>0.99，说明膨润土对甲基紫的吸附更符合Langmuir等温吸附模型；Langmuir等温吸附相关参数b随着温度的升高而增大，可以说明膨润土对甲基紫的吸附是吸热过程。

参考文献：

[1]赵振国.固液界面的吸附作用[M].吸附作用应用原理，北京：化学工业出版社，2005：190-199

[2]Langmuir I. The constitution and fundamental peoperties of solids and liquids[J].Journal of the American Chemical Society，1918，40（9）： 1361-1403.

[3]Freundlich H.M.F. ber die adsorption in losungen（adsorption in solutio Zeitschrift fur Physikalische Chemie（Leipzig）， 1906， 57A：384-470.

[4]Ho Y S.Adsorption of heavy metals from waste streams by peat[D]. Birmingham： University of Birmingham， 1995.