海藻酸纤维对Pb2+的吸附 动力学及吸附平衡研究 组员：

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1 海藻酸纤维对Pb2+的吸附 动力学及吸附平衡研究 组员：
张笑雪 赵 旭 许时颖 赵双红 陈 曦 赵 澈

2 目录 研究背景及内容 实验准备 吸附动力学 平衡模型 结论

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4 生物吸附技术 特点 利用廉价的生物细胞体吸附重金属离子，从而达到去除水体中有害重金属离子的目的 吸附来源广 处理效率高 投资成本少
易于回收重金属

5 海藻酸 从褐藻（海带、巨藻、裙带菜等）中提取出的一种多糖，是水溶性的天然高分子材料。它由α-L-古罗糖醛酸（G）和β-D-甘露糖醛酸（M）组成的一种无规线性嵌段共聚物，其中G是M在C-5位的立体异构体。 海藻酸结合金属离子的能力 Pb2+>Cu2+>Cd2+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Co2+=Ni2+=Zn2+>Mn2+

6 实验准备 吸附剂的制备 海藻酸纤维是有湿法纺丝制备，在50℃下干燥2小时， 粉碎切成5～7mm后放入干燥器中备用 实验设备和试剂
实验所用的主要设备：SHA-B型水浴恒温振荡器，国华企业；AA-670型火焰分光光度计，岛津；ZKF035型电热真空干燥箱，上海实验仪器厂有限公司；AL204电子天平，Mettler-Toledo Group 实验所用的试剂：Pb(CH3COO)2•3H20、浓硝酸、六亚甲基四胺、无水氯化钙均为分析纯试剂，购于国药集团化学试剂有限公司。海藻酸钠购于明月海藻集团有限公司

7 吸附动力学 一、吸附动力学模型 1.准一级动力学模型 基于假定吸附受扩散步骤控制，吸附速率正比于平衡吸附量与t时刻吸附量的差值。
必须知道平衡吸附量qe，在许多情况下qe是未知的，因此在许多情况下准一级速率方程不能在全部时间范围内与实验数据很好地符合

8 吸附动力学 一、吸附动力学模型 2.准二级动力学模型
对平衡吸附量的依赖性不大，是基于假定吸附速率受化学吸附机理的控制，这种化学吸附涉及到吸附剂与吸附质之间的电子共用或电子转移。准二级动力学模型广泛应用于模拟固态吸附剂吸附重金属离子的过程。

9 吸附动力学 一、吸附动力学模型 3.Elovich方程
此为一经验式，它描述的是包括一系列反应机制的过程，如溶质在溶液内部或界面处的扩散、表面的活化与去活化作用等。因此，它对于单一反应机制的过程不适合，非常适用于反应过程中活化能变化较大的过程。 然而,由于以往在应用该模型时常使用其最简式,而忽略了其使用条件,致使该模型的适用性受到了限制.

10 吸附动力学 一、吸附动力学模型 4.双常数方程 式中，a为常数，Ks为吸附速率系数。双常数速率方程又称Freundlich修正式、幂函数方程，也是一经验式。经实验应用表明，它同样适合于反应过程较复杂的动力学方程。

11 吸附动力学 一、吸附动力学模型 5.指数函数方程 式中，a为常数，Kz为速率常数。

12 吸附动力学 二、实验方案 取一定体积的Pb2+储备液稀释，配制成Pb2+浓度分别为84.6、129.7、219.4mg/L，量取三种初始浓度溶液各6份，每份100mL加入250mL锥形瓶中，将锥形瓶于25℃恒温振荡5min，然后投加海藻酸纤维0.2g，振荡，分别在1、2、3、4、5、10、15min时间取样，过滤，用火焰分光光度计分析金属离子浓度。 实验数据见表2-1。吸附量随时间的变化见图2-1。

13 吸附动力学 三、实验结果及讨论 由图2-1知吸附初始阶段，海藻酸纤维的吸附量随时间的增加急剧增大，吸附速度快。pb2+的吸附在5min时基本上达到平衡。随时间延长，没明显的吸附现象，这说明重金属与海藻酸纤维吸附位点间存在较强的作用力，一旦吸附就不容易解吸。随pb2+浓度的增加，吸附量增大，达到吸附平衡的时间缩短，这是因溶液初始浓度越大，吸附时纤维表面与溶液之间的浓度梯度越大，驱动力越大。

14 吸附动力学 三、实验结果及讨论

15 吸附动力学 三、实验结果及讨论 由表2-3可见，计算得出的Pb2+的理论平衡吸附量与实际平衡吸附量非常接近，这表明准二级动力学方程可以很好的描述海藻酸纤维吸附pb2+的动力学行为，此吸附过程为化学吸附。随浓度的增大，平衡吸附量qe和准二级动力学模型常数K2增大，说明平衡吸附量和吸附速率也随之增大，而且反应易达到平衡，这可能是因为随着Pb2+浓度的增加，重金属与海藻酸纤维活性吸附点接触的几率增大。

16 平衡吸附 一、平衡吸附模型 1.Langmuir模型 假设：吸附剂表面均匀，各处的吸附能力相同；吸附具有单分子层特性；
在吸附剂表面上的各个吸附点间没有吸附质转移运动； 达到动态平衡时，吸附和脱附速度相同。 引入了无量纲分离常数RL 当RL>1时，不符合Langmuir等温式；RL=1时，Langmuir等温线是线性的；0<RL<1时，符合Langmuir等温吸附模型；RL=0时，吸附不能进行。

17 平衡吸附 一、平衡吸附模型 2.Freundlich吸附方程 没有限定单分子层吸附，可用于不均匀表面的吸附。
式中，Kf是Freundlich吸附系数，与吸附剂的性质和用量、吸附质的性质以及温度等有关；n是Freundlich常数，与吸附体系的性质有关，一般认为1/n值小于1.0，易于吸附，l/n>2时难以吸附。

18 平衡吸附 一、平衡吸附模型 3.Temkin吸附等温式
描述了吸附过程中能量的变化，其中，A、B为Temkin吸附等温式常数。at和bt分别为方程的两个常数。以qe—InCe作直线，计算该方程对实验数据的拟合程度。

19 平衡吸附 二、实验方案 用移液管取一定体积的Pb2+储备液加入去离子水定容，分别配制成Pb2+浓度分别为84.6、129.7、219.4、276.9、295.1、364.4 mg/L。量取100mL重金属溶液于一系列6个同样的250mL锥形瓶中，将锥形瓶于25℃恒温振荡5min，然后投加海藻酸纤维0.2g，振荡，待30min吸附达到平衡后取样，过滤，用火焰分光光度计分析金属离子浓度。

20 平衡吸附 三、实验结果及讨论

21 ▶▶▶ 结论 (1)海藻酸纤维对Pb2+的吸附在很短的时间内就能达到吸附平衡，延长吸附时间对吸附作用没有明显的影响，且随时间的延长解吸附作用不明显。其吸附动力学过程可用准二级动力学模型描述，说明此吸附过程为一个非均相扩散的化学吸附过程。随Pb2+初始浓度的增加，平衡吸附量qe和准二级动力学模型常数K2增大，说明平衡吸附量和吸附速率也随之增大，而且反应易达到平衡。 (2)海藻酸纤维对Pb2+的吸附平衡可用Langmuir和Freundlich方程描述，说明海藻纤维对Pb2+的吸附是单分子吸附，且吸附作用很强烈。

22 Thank you