1、有機(jī)改性膨潤(rùn)土對(duì)甲基橙的吸附實(shí)驗(yàn)總結(jié)實(shí)驗(yàn)步驟；第一步：制備有機(jī)膨潤(rùn)土。稱取20g膨潤(rùn)土分散到400mL蒸餾水中攪拌并加熱到40C，開(kāi)始緩慢滴加1.8gCTMAB 所配置的溶液，恒溫?cái)嚢?40min.抽濾，洗滌后放入干燥箱，于80C恒溫干燥至恒重。研磨 有機(jī)膨潤(rùn)土。第二步：研究有機(jī)膨潤(rùn)土吸附最佳條件。從吸附時(shí)間，膨潤(rùn)土用量，吸附溫度，甲基橙濃度四個(gè)方面進(jìn)行探究。2.1甲基橙的配制：配制1000mL的100mg/L的甲基橙溶液。配制2、4、6、8、10mg/L的甲 基橙溶液，對(duì)甲基橙做光譜掃描，掃描范圍為200nm700nm，測(cè)定其最大吸收波長(zhǎng)為466nm， 以吸光度對(duì)濃度作圖，得到MO的標(biāo)準(zhǔn)曲線

2、，如圖1所示。2.2稱取0.5g的膨潤(rùn)土在室溫下邊攪拌邊加入100mL的甲基橙溶液中，每5 min取一個(gè)樣， 經(jīng)離心后測(cè)其吸光度和COD。記錄數(shù)據(jù)，作圖：吸附率一時(shí)間、COD去除率一時(shí)間。找出最 佳吸附時(shí)間為30min.如圖2、3所示。O10203040time(min)圖2為時(shí)間對(duì)脫色率的變化曲線。圖3為時(shí)間對(duì)COD去除率的變化曲線。2.3再分別稱取0.6g, 0.7g,0.8g, 0.9g膨潤(rùn)土在室溫下邊攪拌邊加入到100mL的甲基橙溶 液中，攪拌30min。經(jīng)離心后測(cè)其吸光度和COD。作圖：吸附率一用量、COD去除率一用量。 找出最佳吸附用量為0.8g.如圖4、5所示。(溟)AouaoE

3、a-eAOEauo-oo圖4(溟)AouaoEa-eAOEauo-oo圖4為用量對(duì)脫色率的變化曲線。SA導(dǎo) MJJUJ一 羅。蔻 圖5為用量對(duì)COD去除率的變化曲線。2.4再稱取0.8g的膨潤(rùn)土分別在20、25、30、40C下邊攪拌邊加入到100mL的甲基橙溶液 中，攪拌30min。經(jīng)離心后測(cè)其吸光度和COD。作圖：吸附率一溫度、COD去除率一溫度。確定最佳吸附溫度為20C.如圖6、7所示。152025303540Temperature( c)圖6為溫度對(duì)脫色率的變換曲線。97.0 2025303540temperature( )圖7為溫度對(duì)COD去除率的變化曲線。2.5分別配制濃度為100,

4、 150, 200, 250, 300mg/mL的甲基橙溶液。稱取0.8g的膨潤(rùn)土在 20C時(shí)，邊攪拌邊分別加入100mL，100，150，200，250，300mg/mL的甲基橙溶液中，攪拌 30min。經(jīng)離心后測(cè)其吸光度和COD。作圖吸附率一濃度，COD去除率一濃度。確定最佳吸附 濃度為100mg/mL。如圖8、9所示。圖8為濃度對(duì)脫色率的變化曲線100150200250JDoncetration(mgZL)100150200250300圖8為濃度對(duì)脫色率的變化曲線100150200250JDoncetration(mgZL)100150200250300Concentration (mg

5、/L)圖9為濃度對(duì)COD去除率的變化曲線第三步：空白實(shí)驗(yàn)。分別稱取0.8g的原土和改性土在在20C時(shí)，邊攪拌邊加入到100mL100mg/mL的甲基橙溶液 中，攪拌30min。每5min取一個(gè)樣，經(jīng)離心后測(cè)其吸光度，作圖脫色率一時(shí)間。比較吸附 效果。如圖10所示。10080一原土 改性土6040201010080一原土 改性土604020101520time(min)2530圖10為原土和改性土的時(shí)間對(duì)脫色率變化曲線平衡吸附等溫線在不同溫度下，膨潤(rùn)土對(duì)甲基橙的吸附等溫曲線見(jiàn)圖所示，由圖中可以看出，隨著溶液中甲基橙初始濃度的增加，膨潤(rùn)土的吸附量qe中甲基橙初始濃度的增加，膨潤(rùn)土的吸附量qe也再增

6、加。Ce(mg/L)圖11不同溫度下的吸附等溫線從等溫線所得的平衡數(shù)據(jù)是研究吸附過(guò)程所必需的參數(shù)，可以通過(guò)隨著時(shí)間的變化記錄 各參數(shù)的變化從而獲得一個(gè)特定的吸附劑吸附質(zhì)體系的平衡數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)建立一個(gè)方 程模型，借助方程去優(yōu)化改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案。常用的吸附等溫式有Langmuir, Freundlich等溫式 模型Langmuir等溫式是一個(gè)理想的吸附公式，它代表了在均勻表面上，吸附分子彼此沒(méi)有作用，而且吸附是單分子層情況下吸附平衡時(shí)的規(guī)律性。它的適用范圍廣泛，但一般只用于物理吸附。其數(shù)學(xué)表達(dá):q = IJKCe 1 + KL可將（1）式化簡(jiǎn)成下列線性關(guān)系:c 1 ce =+ eqe qJKL

7、qm(1)(2)式中c為平衡濃度(mg-L-1)； qe為平衡吸附量(mgg1)； qm為最大吸附量(mg g1)；、為平 衡系數(shù)(L-mg-1)，分別用20C、30C和40C的匕/%對(duì)匕作圖，從而可以計(jì)算出qj、(1)(2)Freundlich等溫式是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，它所適用的范圍一般要b比Langmuir等溫式大一些， 它的特點(diǎn)是沒(méi)有飽和吸附值，可以用于物理吸附也可以用化學(xué)吸附。其表達(dá)式如下：qe = KFc尸(3)可將(3)式簡(jiǎn)化成線性關(guān)系：lo 瓦=lokf+ 1loeg(4)e F n式中ce為平衡濃度(mg-L-1)； qe為平衡吸附量(mg-g-1)； Kp為平衡常數(shù)，代表吸附容量

8、的 大小(單位為(mg-g-1) (mg-L-1) 1/n)，n為Freundlich吸附指數(shù)，表征吸附強(qiáng)度的量度。當(dāng)1/n 小于1時(shí)，吸附容易進(jìn)行，1/n大于2時(shí)，吸附很難進(jìn)行。分別以20C、30C和40C的logqe 對(duì)ce作圖(如圖13)，可以計(jì)算出Kf和n列于表1中。圖13 293K下膨潤(rùn)土對(duì)甲基橙的Freundlich吸附等溫線表1膨潤(rùn)土對(duì)甲基橙的吸附曲線的擬合T(K)KL(L.mg-1)Langmuirqm(mg.g-1)rlR2FreundlichKfnR2293K0.0592132.78690.1445-0.05330.89632.42161.37140.9128結(jié)合圖11、1

9、2和13以及表1可知，R2的值均較高,Langmuir等溫吸附線的R2比Freundlich 等溫吸附的R2值低，說(shuō)明Freundlich等溫吸附線更能準(zhǔn)確的描述膨潤(rùn)土對(duì)甲基橙的吸附這 一過(guò)程。表1中的平衡參數(shù)RL=1/（1+Kc0），其中c0是甲基橙的初始濃度，Kl是Langmuir 常數(shù)，參數(shù)Rl表明了相應(yīng)等溫線的性質(zhì)：Rl大于1時(shí)是不利吸附；當(dāng)Rl在0和1之間時(shí) 為優(yōu)惠吸附；Rl等于0時(shí)為不可逆吸附；Rl等于1時(shí)為線性吸附。表1中的Rl是在c0為 100mg.L-1時(shí)得出的，由表可知在本實(shí)驗(yàn)中Rl在0和1之間為優(yōu)惠吸附，因此膨潤(rùn)土可以很 好的用于對(duì)甲基橙的吸附。3.3吸附動(dòng)力學(xué)本次實(shí)驗(yàn)分

10、別測(cè)定了在不同溫度（293K、303K、313K）時(shí)，吸附量隨時(shí)間的變化（如 圖14所示）。由圖14可以看出，隨著溫度的升高，平衡吸附量減小。圖14圖14初始濃度為100mgL-i不同溫度下吸附量隨時(shí)間的變化曲線(m6E$b為了進(jìn)一步研究活性白土吸附甲基橙的機(jī)理，分別用擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型、擬二級(jí)動(dòng)力學(xué) 模型和Elovich動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算吸附動(dòng)力學(xué)常數(shù)，研究吸附類型。1、擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型利用Lagergren的擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型36可以計(jì)算出吸附速率常數(shù)，方程的表達(dá)式如下： dt ,、=K -q)(5)t式中的qe和qt分別是吸附過(guò)程中的平衡吸附量和在t時(shí)刻的吸附量(mgg1)，K1是一級(jí) 動(dòng)力學(xué)常

11、數(shù)(min-1)。假設(shè)t=0時(shí)qt=0，對(duì)等式進(jìn)行積分得線性表達(dá)式為：log(q -q ) Togq Kt(6)e t e 2.303可根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出log(q-q)，然后分別以不同溫度和不同濃度下的log(qe-q)對(duì)t作 圖(如圖15)，根據(jù)直線的截距和斜率可以計(jì)算出q.cal和K1結(jié)果列于表2中，根據(jù)擬合的 結(jié)果可計(jì)算出R2 (結(jié)果見(jiàn)表2)，由表可以看到準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行線性擬合后其相關(guān)系 數(shù)在1左右，但波動(dòng)較大，也就是說(shuō)準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型不能很好的描述活性白土對(duì)甲基橙的 吸附過(guò)程。(Jb6b)60_(Jb6b)60_圖15初始濃度為100mgL-i不同溫度下的擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)曲線2、擬

12、二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：（7）% = K2（q -q（7）式中的qe和qt分別是吸附過(guò)程中的平衡吸附量和在t時(shí)刻的吸附量（mg.g-1），K2是二級(jí) 動(dòng)力學(xué)常數(shù)（g.mg-1min-1），令t=0時(shí)q=0，t=t時(shí)q=q，對(duì)（9）式進(jìn)行積分重排得線型關(guān)系 式：（8）1（8）+1qe以不同溫度和不同的初始濃度的t/qt對(duì)t作圖（如圖3.14、3.15），根據(jù)斜率和截距計(jì)算出K2和qe列于表3中，線性擬合后所得的相關(guān)系數(shù)R2（結(jié)果見(jiàn)表3）均在0.99以上，即圖16初始濃度為圖16初始濃度為100 mg.L-1不同溫度下的擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)曲線表2膨潤(rùn)土對(duì)水溶液中甲基橙吸附的擬一級(jí)

13、動(dòng)力學(xué)參數(shù)T(K)擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程以mgg(experimental)K以mg)R22930.12921.83700.977211.93848303-4.09890.6070111.55553130.12411.62260.912911.60514表3膨潤(rùn)土對(duì)水溶液中甲基橙吸附的擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)參數(shù)擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程qe(mg/g) (experimental)T(K)Kqe (mg.g-1)R22930.366112.16550.999911.938483030.689812.42240.999711.55553130.375719.72390.999811.60514綜上所述，可以判定擬二級(jí)動(dòng)力

14、學(xué)方程能很好的描述吸附過(guò)程，不論是在不同溫度下還 是在不同初始濃度的條件下，擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程的相關(guān)系麴2的值均在0.9997以上，此外根 據(jù)擬合的方程計(jì)算得平衡吸附量幻值與實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的平衡吸附量幻非常接近?？梢?jiàn)膨潤(rùn)土對(duì) 甲基橙的吸附過(guò)程更符合擬二級(jí)反應(yīng)機(jī)理。而且隨著溫度的升高，吸附速率增加平衡吸附量 增大，即溫度升高達(dá)到吸附平衡所用的時(shí)間短。3.4吸附熱力學(xué)參數(shù)為了更進(jìn)一步的評(píng)估活性白土對(duì)甲基橙吸附的可行性，需要計(jì)算熱力學(xué)參數(shù)吉布斯自由能變(AG)、焓變(W)和熵變(AS)。這些參數(shù)可根據(jù)下列式子計(jì)算：Kc =宮(9)ce(10)(11)I “ AHo ASo ln Kc = +(10)(11

15、)RT RAG。=AHo - TASo式中cJmg.L-1)是當(dāng)達(dá)到吸附平衡時(shí)與溶液的初始濃度相比減小的濃度，以mgL-i)是吸 附平衡時(shí)溶液的平衡濃度，A是氣體常數(shù)(8.314J.mol-1K-1)焓變(AH)和熵變(AS。)的值可以根據(jù)lnKc對(duì)T擬合作圖(如圖17所示)所得的斜率和截 距計(jì)算。由此計(jì)算出焓變(AH)和熵變(AS)的值列于表4中，吉布斯自由能變(AG)在不同溫 度下的計(jì)算結(jié)果也列于表4中。吉布斯自由能變(AG)值在不同溫度下為負(fù)值，表明此吸附行 為的可行性和自發(fā)性，而且隨著溫度的升函G的絕對(duì)值在減小，表明吸附趨勢(shì)減小，這與 溫度升高吸附量減小的結(jié)果相符合；焓變(AH)值為-0.024942 kJ-mol-1是負(fù)值，說(shuō)明活性白 土對(duì)甲基橙的吸附過(guò)程為放熱過(guò)程，即溫度升高不利于吸附的進(jìn)行，這與吸附等溫線的研究 結(jié)果一致，而且這一數(shù)值比化學(xué)吸附的焓變值(40-120KJ.mol-1)小，再一次說(shuō)明活性白土對(duì) 甲基橙的