壳聚糖-铝氧化物复合材料对Cd 2+的吸附动力学及热力学

壳聚糖-铝氧化物复合材料对Cd2+的吸附动力学及热力学马志广;刘盼;刘素文;刘晓霁;邸娜【摘要】对壳聚糖-铝氧化物复合材料吸附Cd2+离子的动力学和热力学进行了研究.在实验条件下,动力学研究表明该吸附符合伪二级动力学方程,吸附表现活化能Eα =46.11 kJ/mol；热力学研究表明,此吸附过程符合Langmuir等温方程,焓变△Hθ=11.15 kJ/mol,熵变△Sθ=80.11 J/(mol.K),吸附吉布斯自由能△Gθ数值随温度升高而减小.【期刊名称】《河北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(031)004【总页数】5页(P380-384)【关键词】壳聚糖;复合材料;吸附;动力学;热力学【作者】马志广;刘盼;刘素文;刘晓霁;邸娜【作者单位】河北大学化学与环境科学学院,河北保定071002;河北大学化学与环境科学学院,河北保定071002;河北大学化学与环境科学学院,河北保定071002;河北大学化学与环境科学学院,河北保定071002;河北大学化学与环境科学学院,河北保定071002【正文语种】中文【中图分类】O647.31壳聚糖是天然多糖中唯一大量存在的碱性氨基多糖,分子链上存在大量的羟基和氨基,壳聚糖能对多种金属离子产生良好的吸附作用,作为低成本吸附剂在废水处理、富集回收金属等方面显示出广泛的应用前景[1].但是,壳聚糖在酸性环境中容易流失,分子链间和分子链内部的氢键影响吸附能力,机械强度、热稳定性和化学稳定性也都有待进一步提高[2].谢光勇等以壳聚糖和异丙醇铝为原料,采用化学键合法制备了壳聚糖-铝氧化物复合材料,发现其对金属离子特别是对铜离子和汞离子的吸附性能得到了较大改善,而且稳定性得到了提高[2-3].随着采矿、冶金以及镉处理等工业的发展,我国的镉污染也日趋严重.镉是一种重要的原料,在很多方面均有广泛用途,这必然导致镉进入生物圈[4].镉的所有化学形态对人和动物都是有毒的,人体镉中毒可引起肾脏功能损害和肺部损伤等一系列危害[5]. 研究壳聚糖-铝氧化物复合材料对溶液中Cd2+吸附的动力学和热力学,有助于治理镉污染及探讨复合材料吸附水溶液中金属离子的规律.1.1 仪器与试剂AA-7000原子吸收分光光度计(北京东西分析仪器有限公司);HZS-D型水浴振荡器(哈尔滨市东联电子技术开发有限公司);CP214型电子天平(奥豪斯仪器有限公司);DH T型搅拌恒温电热套(山东鄄城华鲁电热仪器有限公司);DHG-914A电热恒温鼓风干燥箱(上海精宏实验设备有限公司).壳聚糖(脱乙酰度＞90%,浙江金壳生物化学有限公司);异丙醇铝(分析纯,国药集团化学试剂有限公司);3CdSO4·8H2 O(分析纯,国药集团化学试剂有限公司);其他试剂均为分析纯.1.2 实验方法式中:Q为吸附量(mmol/g);co和c分别为溶液中Cd2+的初始和吸附结束时的浓度(mo l/L);V为溶液的体积(m L);m为吸附剂质量(g).吸附量取3次实验结果的平均值.2.1 复合材料对Cd2+的吸附的动力学在不同时间和温度下,复合材料对浓度为0.040 0 mol/L Cd2+的吸附动力学曲线见图1.开始时吸附速率较快,且随时间的延长吸附量有规律地减小,420 min后趋于平衡,基本符合溶液中物质在多孔性吸附剂上吸附的3个必要步骤[7].起初Cd2+主要被吸附在复合材料的外表面,吸附较快;随着吸附过程的进行,Cd2+的浓度逐渐减小,同时吸附质沿复合材料微孔向内部扩散,扩散阻力渐增,吸附速率主要受扩散控制,导致吸附速率变慢;吸附后期主要在吸附剂内表面吸附,且浓度推动力越来越小,吸附趋于平衡.当温度升高时,由于扩散速度加快使吸附速率增大,吸附量增大.伪二级动力学模型[8]是以吸附速率由吸附剂表面上未被占有的吸附空位数目的平方值决定的假设为基础的,其动力学方程为对式(2)积分,并利用边界条件可得到式中:Qt为吸附时间t(m in)时的吸附量(mmol/g);Qeq为平衡吸附量(mmol/g);k 是表观吸附速率常数(g/(mmo l·m in)).符合伪二级动力学模型的吸附过程,t/Qt与t呈线性关系.对图1中的数据进行伪二级动力学方程拟合后得直线(见图2),线性相关系数R2均大于0.998,所以伪二级动力学方程能很好地描述该吸附的整个过程,因为化学键的形成是影响伪二级动力学吸附作用的主要因素,可推断该吸附过程以化学吸附为主[8].通过直线的斜率和截距可求得Qeq和k值(见表1).以ln k对1/T作图得一条直线,其相关系数为 R2=0.969 5.表明温度对吸附速率的影响服从A rrhenius方程,温度对反应速率常数的影响比较大,温度越高离子运动越活跃,与吸附剂表面碰撞频率越高,吸附速率常数就越大.一般来说,物理吸附需要的作用力较微弱,活化能通常不大于4.2 kJ/mol.而化学吸附所需的活化能也较大.由A rrhenius方程求得吸附表观活化能 Ea=46.11 kJ/mol,进一步验证了该吸附过程以化学吸附为主.2.2 复合材料对Cd2+的吸附的热力学表2中分别列出了吸附时间为420 min,不同温度、不同初始浓度对平衡吸附量的影响结果.由表2可知,随着Cd2+初始浓度的增加,复合材料对Cd2+的吸附量也随之增加,而后变化缓慢,趋于最大值.这是由于在复合材料投加量不变的情况下,吸附位点数量有限,当初始Cd2+浓度较低时,可以提供充足的活性位点用于吸附,因而复合材料吸附量增大[9].而当初始Cd2+浓度较高时,活性位点则相对不足,导致吸附位点达到饱和,因而当Cd2+浓度达到0.140 0 mol/L时,复合材料对Cd2+的吸附量几乎趋于一定值.Freundlich等温吸附方程的线性表达式式中:ceq和 Qeq分别为溶液中金属离子平衡浓度(mmol/L)和平衡吸附量(mmol/g);n和 KF分别是Freundlich参数.Langmuir等温吸附方程的线性表达式[10]:式中:ceq和Qeq意义同式(4);Qm为饱和吸附量(mmol/g);KL为平衡常数(L/mmol).采用Freundlich和Langm uir吸附等温方程对表2中的数据进行拟合,由结果(表3)可以看出,Langmuir吸附等温式的相关系数 R2＞0.999,相对Freundlich吸附等温模型而言,Langmuir吸附等温模型更加适合描述CTS-A l复合材料对Cd2+离子的吸附过程,这说明吸附过程接近于单分子层吸附理论,每个吸附位置都只能吸附1个Cd2+,当所有的吸附位置都被占据之后,吸附达到动态平衡[11].随着温度的升高,复合材料的饱和吸附量和Langmuir平衡常数也随之增大,因此可以看出该吸附属于吸热过程,提高温度有利于吸附的进行.KL随温度 T变化关系由Van′t Hoff[12]方程式给出:式中,ΔHθ(J/mol)和ΔSθ(J/(mol·K))分别为吸附过程的焓变和熵变.ln KL～1/T呈线性(R2=0.910 7),斜率和截距分别等于 -ΔHθ/R和ΔSθ/R,由此得到ΔHθ=11.15 kJ/mol,ΔSθ=80.11 J/(mol·K),ΔHθ＞0,表明了复合材料对Cd2+的吸附是吸热反应,这也证实了复合材料对Cd2+的吸附随着温度的增加而增加.由各温度下的ΔGθ计算结果(表4)可以看出,吉布斯自由能变化ΔGθ都为负值,而且温度越高ΔGθ越负,揭示了在实验条件下复合材料对Cd2+的吸附过程是一个自发的,且温度越高自发程度越大.壳聚糖-铝氧化物复合材料对水溶液中Cd2+的吸附符合伪二级吸附动力学特征,吸附过程以化学吸附为主,吸附表观活化能 Ea=46.11 kJ/mol.采用Langmuir和Freundlich吸附等温模型对壳聚糖-铝氧化物复合材料对Cd2+离子的吸附进行了拟合.结果表明,吸附过程符合Langm uir吸附等温模式,吸附过程接近于单分子层吸附,并得到了吸附热力学参数.参考文献：[1]马志广,邹于梅,张爱平.ZSM-5分子筛负载钯-壳聚糖配合物催化苯丙酮加氢的反应动力学[J].河北大学学报：自然科学版,2008,28(5)：494-498.[2]谢光勇,杜传青.壳聚糖-铝氧化物复合材料的制备、表征及吸附性能[J].离子交换与吸附,2009,25(3)：200-207.[3]谢光勇,杜传青.壳聚糖复合材料对废水中汞离子的吸附[J].工业水处理,2009,29(5)：24-26.[4]郭笃发.环境中铅和镉的来源及其对人和动物的危害[J].环境科学进展,1994,2(3)：71-75.[5]曾咏梅,毛昆明,李永梅.土壤中镉污染的危害及其防治对策[J].云南农业大学学报,2005,20(3)：360-365.[6]丁萍,黄可龙,李桂银,等.壳聚糖衍生物对Zn(Ⅱ)的吸附行为[J].化工学报,2006,57(11)：2652-2656.[7]苏会东,黄维华.D113大孔树脂吸附Ni2+的动力学与热力学研究[J].环境科学与技术,2009,12(30)：49-52.[8]孙小莉,曾庆轩,冯长根.多胺型阴离子交换纤维吸附铬(Ⅵ)的动力学[J].物理化学学报,2009,25(10)：1951-1957.[9]A KSU Z.Determination of equilibrium,kinetic and thermodynamic parameters of the batch biosorp tion of nickel(Ⅱ)ions onto Chlorella vulgaris[J].Process Biochem,2002,38(1)：89-99.[10]王雪源,乔旭,严长浩.壳聚糖对Pb(Ⅱ)的吸附及动力学研究[J].化工时刊,2008,22(5)：5-9.[11]陈云嫩,丁元春.谷壳对水中镉离子的吸附动力学及热力学研究[J].安徽农业科学,2009,39(7)：3910-3912.[12]陈树薇,施文健,宋伟,等.壳聚糖交联β-环糊精对酸性染料吸附动力学和热力学研究[J].功能材料,2009,4(40)：656-659.【相关文献】称取0.500 0±0.000 2 g复合材料置于50 mL的锥形瓶中,然后准确移取25 mL含已知浓度的硫酸镉溶液,放入水浴振荡器,在设定温度下振荡(130 r/min)一定时间后快速过滤,取滤液用原子吸收分光光度计测定吸光度值,根据标准曲线计算剩余Cd2+浓度,吸附量按下式计算[6]：。

吸附热力学及动力学的研究摘要：杂乱无章的实验数据, 不经过数学处理, 得不到能够描述它们的模型，其本身无论在科学理论上，还是在应用技术上都没有太大的实际意义。

本文综述了近些年来在液固吸附理论研究领域对吸附等温线，吸附热力学及吸附动力学的研究进展。

论述5 种类型吸附等温线，总结了热力学中△H 、△G 、△S 的几种求算方法，以及5种吸附动力学的模型，从而，为吸附实验数据的处理和模型优选,，提供依据。

关键字：吸附 等温曲线 热力学 动力学1吸附等温曲线吸附等温曲线是指在一定温度下溶质分子在两相界面上进行的吸附过程达到平衡时它们在两相中浓度之间的关系曲线。

在一定温度下, 分离物质在液相和固相中的浓度关系可用吸附方程式来表示。

作为吸附现象方面的特性有吸附量、吸附强度、吸附状态等, 而宏观地总括这些特性的是吸附等温线.[1]1.1Langmuir 型分子吸附模型Langmuir 吸附模型是应用最为广泛的分子吸附模型,Langmuir 型分子吸附模型[2]就是在Langmuir 吸附模型的基础上,研究者就Langmuir 吸附模型的局限性进行了改进、发展,形成了一系列的分子吸附模型。

1. 1.1 Langmuir 分子吸附模型Langmuir 分子吸附模型是根据分子间力随距离的增加而迅速下降的事实,提出气体分子只有碰撞固体表面与固体分子接触时才有可能被吸附,即气体分子与表面相接触是吸附的先决条件。

并做如下假定: ①气体只能在固体表面上呈单分子层吸附; ②固体表面的吸附作用是均匀的; ③被吸附分子之间无相互作用。

所以Langnuir 等温吸附方程[3 ]cK c q q d m +≡或cK c K q q b b m +≡1 (1)其中,qm 为饱和吸附容量,Kd 为吸附平衡的解离常数,Kb 为结合常数( = 1/ Kd) 。

Langnuir 分子吸附模型对于当固体表面的吸附作用相当均匀,且吸附限于单分子层时,能够较好的代表试验结果。

吸附热力学及动力学的研究摘要：杂乱无章的实验数据， 不经过数学处理, 得不到能够描述它们的模型，其本身无论在科学理论上,还是在应用技术上都没有太大的实际意义。

本文综述了近些年来在液固吸附理论研究领域对吸附等温线，吸附热力学及吸附动力学的研究进展。

论述5 种类型吸附等温线，总结了热力学中△H 、△G 、△S 的几种求算方法，以及5种吸附动力学的模型，从而，为吸附实验数据的处理和模型优选,，提供依据。

关键字:吸附 等温曲线 热力学 动力学1吸附等温曲线吸附等温曲线是指在一定温度下溶质分子在两相界面上进行的吸附过程达到平衡时它们在两相中浓度之间的关系曲线。

在一定温度下， 分离物质在液相和固相中的浓度关系可用吸附方程式来表示。

作为吸附现象方面的特性有吸附量、吸附强度、吸附状态等, 而宏观地总括这些特性的是吸附等温线.[1］1。

1Langmuir 型分子吸附模型Langmuir 吸附模型是应用最为广泛的分子吸附模型，Langmuir 型分子吸附模型[2]就是在Langmuir 吸附模型的基础上，研究者就Langmuir 吸附模型的局限性进行了改进、发展，形成了一系列的分子吸附模型。

1。

1。

1 Langmuir 分子吸附模型Langmuir 分子吸附模型是根据分子间力随距离的增加而迅速下降的事实，提出气体分子只有碰撞固体表面与固体分子接触时才有可能被吸附，即气体分子与表面相接触是吸附的先决条件。

并做如下假定： ①气体只能在固体表面上呈单分子层吸附； ②固体表面的吸附作用是均匀的; ③被吸附分子之间无相互作用。

所以Langnuir 等温吸附方程[3 ］c K c q qd m +≡或c K c K q q b b m +≡1 (1）其中，qm 为饱和吸附容量，Kd 为吸附平衡的解离常数,Kb 为结合常数（ = 1/ Kd ） .Langnuir 分子吸附模型对于当固体表面的吸附作用相当均匀,且吸附限于单分子层时，能够较好的代表试验结果。

离子交换与吸附杂志社-投稿编辑部-期刊网公务员之家致力于《离子交换与吸附》同类优秀杂志信息整理收录。

本组稿中心并非杂志社官方网站！本站仅为客户提供本类同级期刊发表相关渠道和相关信息的中介服务。

文章是否采用以杂志社的官方通知书为准。

同时，本站可以在数千家期刊中，根据客户需要，选择最适合客户的正规期刊发表论文，帮助你节约时间成本和精力成本，提高工作效率。

如果你成为我们的客户，体验了发表全过程并认为非常满意的话，请你记住公务员之家并向你的朋友推荐我们。

离子交换与吸附刊名：离子交换与吸附IonExchangeandAdsorption主办：南开大学周期：双月出版地：天津市语种：中文开本：16开ISSN1001-5493CN12-1147邮发代号6-57创刊年：1985ASPT来源刊中国期刊网来源刊2004年度核心期刊《离子交换与吸附》杂志信息：《离子交换与吸附》旨在反应国内外离子交换剂、吸附剂、高分子催、高分子试剂、医用高分子材料以及其他功能高分子材料在科研、生产、应用和应用基础研究诸方面的进展和动向。

发表科研论文和科研成果，探讨应用基础理论，介绍新的实验技术，生产技术和应用技术，交流工作经验，促进反应性高分子科学技术的发展。

主要栏目有研究论文、研究简报、经验交流、专论与综述。

《离子交换与吸附》常见论文发表范例：吸附法处理水体中溶解性有机物的研究进展---张龙吴伟李爱民喻学敏张全兴选择性吸附树脂ADS-22制备高含量大豆异黄酮---周丽姜文花崔强高锡才史作清丁学慧季铵型阳离子蔗渣纤维素对甘蔗清汁的澄清研究---赵丽娜张晋博宗宝孙卫东析因设计法优化制备聚DVB型整体柱及分离小分子物质的应用---杨朔徐环昕刘坐镇邬行彦小孔沸石微结构的CO_2吸附表征---黄艳芳马正飞姚虎卿改性活性炭对噻吩的吸附性能研究---于维钊郑经堂何小超曲险峰张延宗赵玉翠吸附法脱除烷基化用汽油中的碱性氮化物---刘兴利王榕李永红强酸型离子交换树脂催化吸附制备V ALIENAMINE---杨磊马春慧高敏祖元刚MSA-CSBM串联电解槽双成对电解制备乙醛酸---董燕青郑曦陈日耀陈晓陈震纤维素磁性微球的制备及其生物活化研究---孙丹曹宇白钢张奇碳羟基磷灰石除废水中铬VI吸附动力学和热力学研究---唐文清曾荣英冯泳兰许金生李小明曾光明氟哌酸分子印迹共混膜的制备及结构表征---刘伟王兵NICA-DONNAN模型对重金属吸附的应用进展---赵雪涛郜洪文丝瓜络的化学修饰及其对混旋体的拆分特性---杨红刘引烽毛金浩王立平交联羧甲基红薯淀粉降低水中CA~2+含量的研究---袁怀波叶明陆怡陈宗道L+-乳酸提取纯化新工艺---王国英史高峰李春雷隽惠玲崔广东半制备色谱柱装填条件的选择---周卫红林炳昌热重分析技术测定二苯并呋喃在活性炭上的吸附相平衡---李湘郭海福闫鹏吸附树脂和活性炭对气体中苯的吸附研究---李启芬龙超刘鹏钱洪明李爱民共固定化TNF-Α/IFN-Γ对宫颈癌HELA细胞的长效抑制作用---王文文陶慧敏李志斌陈佳媚廖瑞雪郭浩然关燕清腐殖酸对汞的吸附特性与动力学研究---冯素萍沈永裘娜大孔吸附树脂对莲房原花青素吸附纯化性能的研究---段玉清张海晖周密葛方胜闫永胜谢笔钧氯化钙在粗孔硅胶上的单层分散及其氨吸附-乙醇溶液浸渍法的影响---汤茂辉张伟东杨景昌唐猷成胡芬含乙二醇低聚体间隔臂的胆酸酯及其甲基丙烯酸衍生物的制备与表征---许忠海李涛宋媛媛李湛勇张栩关英载铁复合环境材料的制备及对水体中砷的深度净化---张庆建张炜铭潘丙才张全兴大孔吸附树脂结合酶解法分离纯化虎杖中白藜芦醇的研究---杨菊红王楠孙艳华偕胺肟基功能高分子膜对铀吸附过程的研究---辛浩波吴航杨金凤负载氧化铁大孔树脂及其对巴戟天多糖平衡吸附的性质---李湘郭海福梁巧荣黄清梅大孔树脂分离纯化丹酚酸的研究---吴小东王红蕾齐崴何志敏MG/AL型水滑石吸附硼的实验研究---闫春燕伊文涛马培华李法强大孔吸附树脂纯化迷迭香脂溶性总酚酸的研究---杨磊隋小宇马春慧祖元刚化学改性琼脂糖凝胶的物化性能及其对重组人血白蛋白的纯化应用研究---赵彦鼎杨博张鹏宇王燕贺小艳郭立安贺浪冲SH15树脂吸附胞二磷胆碱的热力学及动力学研究---赵宇阮文辉汤佳鹏张磊熊健应汉杰壳聚糖-铝氧化物复合材料的制备、表征及吸附性能---谢光勇杜传青一维纳米炭/竹炭的制备及其对PB~2+的吸附---张江南吴凌黄正宏康飞宇需要检测文章的朋友请点击>> 需要发表文章的朋友请点击>>公务员之家创建于2003年，历经6年多的发展与广大会员的积极参与,现已成为全国会员最多(86.1万名会员)、文章最多、口碑最好的公务员日常网站。

重金属离子吸附材料的研究进展张雪彦;金灿;刘贵锋;霍淑平;孔振武【摘要】综述了以无机吸附材料(碳质类、矿物类和金属氧化类)、高分子吸附材料(人工合成高分子材料和天然高分子材料)和复合型吸附材料(有机/有机型、有机/无机型和无机/无机型)为代表的重金属离子吸附材料的结构特征和吸附性能.重点介绍了离子选择性吸附材料(螯合型吸附材料和离子印迹型吸附材料)和可降解生物质基离子吸附材料(纤维素、壳聚糖、木质素和农林废弃物)等新型重金属离子吸附材料的研究进展,同时展望了重金属离子吸附材料的发展方向.【期刊名称】《生物质化学工程》【年(卷),期】2017(051)001【总页数】8页(P51-58)【关键词】重金属离子;吸附材料;选择性吸附;可降解【作者】张雪彦;金灿;刘贵锋;霍淑平;孔振武【作者单位】中国林业科学研究院林产化学工业研究所;中国林业科学研究院林产化学工业研究所;中国林业科学研究院林产化学工业研究所;中国林业科学研究院林产化学工业研究所;中国林业科学研究院林产化学工业研究所【正文语种】中文【中图分类】TQ424;TQ35我国水体重金属污染问题日益严重，汞(Hg)、铬(Cr)、镉(Cd)、铅(Pb)、铜(Cu)等重金属离子含量超标的废水通过水体、土壤、食物链等进入生物体内并不断富集，给人类健康和社会发展造成严重危害[1-2]。

2015年，我国正式颁布并启动《水污染防治行动计划》，标志着我国对水污染问题的整治进入战略性阶段。

如何降低和消除重金属离子污染并有效回收重金属资源是当今社会面临的重要问题。

去除重金属离子的主要方法包括化学沉淀法、电解法、反渗透法、离子交换法、膜分离法等[3]。

然而，这些方法均存在不足之处，如化学沉淀法和电解法不适用于处理低浓度重金属离子废水，难以将重金属离子浓度控制在废水排放标准以内，且处理过程中还会产生大量污泥造成其他污染；且电解法耗电量大，处理废水成本高；离子交换法和膜分离法处理效果较好，但受水中杂质、处理环境等因素的影响较大，且后期维护成本较高。