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钙基膨润土吸附刚果红的实验研究

连莉莉 郭丽萍 郭春景

（东北师范大学 化学学院 吉林 长春 130024）

摘要：将膨润土在水溶液中去除刚果红染料的能力针对反应时间,温度(20 - 50◦C),pH值(5 - 10)和浓度(50 - 200毫克每升)等条件的反应关系描述在函数图上。 0.2 g 膨润土在一定温度范围内可以使100ml100mg/l的刚过红溶液的脱色率到达90%以上。 每单位重量膨润土的染料吸附量随着刚果红浓度从50增加到200mg/l从而由23.25增加到85.29,但是它有一个小变化随着温度和PH的增加而略有减少。对于是否符合吸附动力学的三种动力学模型,即符合一级拉格尔格伦模型、方程动力学模型和粒子内扩散模型进行了讨论。方程动力学模型描述膨润土对刚果红的吸附很好。分析20◦C的吸附结果表明,膨润土的吸附类型符合弗伦德里希等温线。这表示了异质性在粘土颗粒上吸附的位置。从热力学研究来看,吸附是自发吸热的。

关键词:吸附 动力学 热力学 膨润土 刚果红

Adsorption of Congo red from aqueous solutions onto Ca-bentonite

Lili Lian, Liping Guo, Chunjing Guo

(Faculty of Chemistry, Northeast Normal University, Changchun, 130024, Peoplersquo;s Republic of China)

Abstract: The ability of Ca-bentonite to remove Congo red dye from aqueous solutions has been carried out as a function of contact time, temperature (20–50◦C), pH (5–10) and concentration (50–200mgLminus;¹). An amount of 0.2g of Ca-bentonite could remove more than 90.0% of the dye from 100mgLminus;¹ Congo red dye solution for the temperature range studied here. The amount of dye adsorbed per unit weight of Ca-bentonite increased from 23.25 to 85.29mggminus;¹ with increasing concentration from 50 to 200mgLminus;¹, but it had a little change with temperature and decreased slightly with increasing pH. The kinetics of adsorption in view of three kinetic models, i.e., the pseudo-first-order Lagergren model, the pseudo-second-order model and the intraparticle diffusion model, was discussed. The pseudo-second-order kinetic model described the adsorption of Congo red on Ca-bentonite very well. Analysis of adsorption results obtained at 20◦C showed that the adsorption pattern on Ca-bentonite followed the Freundlich isotherms. It was indicative of the heterogeneity of the adsorption sites on the clay particles. From thermodynamic studies, it was seen that the adsorption was spontaneous andendothermic.

Key words: Adsorption Kinetics Thermodynamics Bentonite Congo red

1.介绍

工业废水是环境污染的主要原因之一,因为从印染行业排放大量悬浮高度有色有机固体废水^[1]， 未经处理的印染废水会对水生生物造成损害并且是人类诱导发生癌变的原因。事实上,这种废水的排放是人们担忧有毒物质和环境恶化的原因^[2,3].

传统去除染料废水方法包括物理化学、化学和生物方法,如混凝和絮凝^[4],吸附^[5]、臭氧化^[6],电化学技术^[7],和真菌脱色^[8]。上述的这些解决方法支持近年保证了废水污染物的稳定去除效率^[1]。活性炭作为吸附剂已被广泛研究去吸附染料^[9],但它的高成本限制了其商业应用。近年来,已经有越来越多的研

究,致力于寻找廉价和有效的替代活性碳的矿物,如粘土矿物^[10],粉煤灰^[11],泥炭^[12],木粉^[13],棕髓^{[14 15]}和木质素^[16]。

有许多类型的天然粘土膨润土显现出了吸附能力^[17]。这种粘土膨润土可以被广泛使用由于其较高的比表面积、高的化学和机械稳定性、各种各样的表面和结构性质。膨润土的特点是一个“八面体表面放置在两个硅四面体上。永久性显示负电荷,由于同形替换出现的Si⁴ 四面体层和Mg² 八面体层。这个在膨润土表面的电荷不平衡可以通过交换阳离子来抵消(Na 和Ca² 等)^[18]。此外,世界膨润土资源是丰富的。其最终储备约为25亿吨,超过80%为钙基膨润土^[19]。因此,如何充分利用钙基膨润土具有至关重要的意义。

钠基膨润土和改性膨润土高吸附能力已经砸起大多数类型的染料水溶液中进行了大量的吸附研究。例如,塔希提岛和纳西姆已经研究了用钠基膨润土吸附阳离子染料的实验^[20]。Safa Ozcan和Ozcan调查酸活化膨润土吸附水溶液中的酸性染料的效果^[21]。在另一个工作,Baskaralingam利用有机膨润土使酸性红从水溶液中脱色^[2]。我们之所以研究,是因为钙基膨润土对于刚果红染料的吸附尚未报道。根据我们所进行的实验我们知道钙基膨润土对刚果红来说是一个很好的吸附剂。因此,本研究的目标是找到钙基膨润土对刚果红染料的吸附机理。

图1 刚果红染料的分子结构。

2.材料和方法

2.1吸附剂与刚果红溶液

在这项研究中使用的吸附剂是产自于中国吉林的膨润土，并且在烤箱120◦C下烘干 2 h之后筛分使用。膨润土的亚甲蓝法阳离子交换量(CEC)^[22]552.0 mmolkgminus;1。刚果红染料从奥尔德里奇化工公司购买,,且使用前未经纯化。这个染料的结构是图1所示。

2.2.实验参数

本实验主要研究参数接触时间、pH值和初始浓度对染料刚果红的吸附去除的重要影响,用一定

重量的钙化膨润土在恒温恒速150转的情况下，在250ml的锥形瓶中对100ml的不同初始浓度的刚果红染料溶液进行吸附试验研究。样本恒温恒速不同时间后，使用离心机在3500转的情况下离心5分钟，并且取上清液，在分光光度计中测定上清液的透光率。实验研究在20、30、40、50◦C不同研究温度下对吸附的影响，并且计算吸附热力学参数。

在实验过程中染料溶液的pH值(5 - 10)并且用0.1 N氢氧化钠和酸度计控制的硝酸进行调整(梅特勒-托利多DTLTA320)。进行吸附试验时要持续进行，避免额外的离子对吸附过程产生影响。验证浓度对吸附的影响,100毫升不同浓度的染料溶液和0.2 g 钙基膨润土相互联系。参数的每个值在实验研究分析表1中列出。由动力学分析在不同的时间间隔对染料的吸附情况。由吸附等温线可知，,染料溶液不同浓度的溶液与已知数量的吸附剂在20℃达到平衡。

1. 结果与讨论

3.1接触时间对吸附的影响

当刚果红溶液的浓度为100mg/l时，在不同温度（20-50℃）下吸附时间对脱色率的影响如图-2所

示。从图-2可以看到,钙基膨润土吸附刚果红染料的

图-2 温度和时间对吸附的影响

去除效率先快速开始,然后逐渐减慢,直到达到平衡。在图-2中也可以看出,吸附时间为480分钟时,需要刚果红温度是20到40◦C都可以。然而可以看出，当温度为50℃时吸收非常迅速,它在180分钟时就达到平衡。可以看出在一定的吸附时间之后，大于 90%的染料被吸附去除,吸附染料最大百分比为钙基膨润土在50℃情况下可以吸附95.92%。事实上,随着温度增加而增加暗示焓的变化而对钙基膨润土吸附刚果红染料有非常大的影响,因为吸附过程是吸热的。

3.2 PH值对吸附的影响

刚果红是偶氮染料的一种，初始Ph值影响其在水溶液中的结构^[25]。根据文献可知，当刚果红溶液的PH值范围在1-2，10-12之间时，刚果红溶液的颜色变化很大，甚至于从红色变为深蓝色 ^[26,27]。因此在本实验中，刚果红溶液的初始PH值保持在5-10之间。

1.5分光光度计的使用

分光广度计，就是利用分光光度计对物质进行定量定性分析的仪器。而分光光度法是通过测定被测物质在特定波

图-3 PH值对刚果红颜色去除的百分比关系图

由图3可知，在100ml100mg/l的刚果红溶液中，调节不同的PH值后，分别加入0.2g的钙基膨润土，振荡，取样，离心分离，并测定试样的吸光

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