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| BiVOJ膨润土对活性蓝19的吸附动力学 |
第29卷第3期
2012年3月
印染助剂
TEXTII AUXIUARIES
Vo1．29 No．3
Mar．2O12
BiVOJ膨润土对活性蓝19的吸附动力学
李南南，魏岳挺，何瑾馨
(东华大学化学化工与生物工程学院， 纺织面料技术教育部重点实验室， 上海201620)
摘 要： 制备了BiVOd膨润土，并用XRD、FE—SEM进行了表征．研究了BiVOd膨润土对活性蓝l9的吸附动力学．结果表明：Bi—
VO,／膨润土对活性蓝l9的吸附在30 min基本达到平衡．在染料初始质量浓度为l5～45 mg／L、温度为298～318 K时，BiVOd膨润土对活
性蓝l9的吸附动力学数据符合准二级动力学方程，表观吸附活化能为28．75 kJ／mol，说明此吸附由化学吸附和物理吸附共同控制．
关键词：BiV04／膨润土；活性蓝l9；吸附；吸附动力学
中图分类号：TQ619．1 文献标识码：A 文章编号：1004—0439(2012)03—0014—04
Adsorption kinetics of BiVO4／bentonite for Reactive Blue 19
LI Nan-nan， WEI Yue·ting，HE 一x／n
(College of Chemistry，Chemical Engineering and Biotechnology，Donghua University，The Key Lab of
Textile Science& Technology，Ministry of Education，Shanghai 201620，China)
Abstract：BiVO4／bentonite was prepared and characterized by XRD，FE—SEM．The adsorption kinetics of Bi—
V0 ／bentonite for Reactive Blue 1 9 was investigated．The results indicated that equilibrium between the dye and
BiV0 ／bentonite in the solution was established within 30 min．The adsorption kinetics data fitted very wel1 with
the pseudo—second-order kinetic equation as the initial concentration was between 1 5-45 mg／L and the experi—
mental temperature was 298-318 K．The apparent activation energy of the adorption was 28．75 kJ／mol，which
meant that the adsorption process was controlled by chemicaI adsorption and physiciaI adsorption．
Key words： BiVO4／bentonite；Reactive Blue 1 9 adsorption；adsorption kinetics
由于BiVO 在可见光照射下可以表现出极好的
催化活性 ，国内外很多学者开始将BiVO 应用到印
染废水的处理上．但BiVO 容易悬浮在水中，难分离，
在降解废水的同时又会产生二次污染．因此，将BiVO
与易从水中分离出来的膨润土复合，可以实现BiVO
的回收再利用．此外，大部分有机物在光催化剂表面
仅有很弱的吸附，不利于光催化反应的进行．[s1膨润土
对有机污染物具有良好的吸附性，故BiVO 与膨润土
复合可以浓缩目标污染物在BiVO 附近的浓度，从而
提高光催化活性．本文以活性蓝19为对象，对染料的
吸附模式和吸附量等性质进行了研究．
1 试验
1．1 材料及仪器
材料：BiVO 膨润土(河南信阳金秋珍珠岩保温厂)，
活性蓝19(J~海染化八厂)．
仪器：DF一10IS型恒温加热磁力搅拌器f巩义市予
华仪器有限责任公司)，H一1650型台式离心机(湖南湘
仪离心机仪器有限公司)，2100型UNIC可见分光光
度计(美国UNIC公司)，D／Max一2550 PC型x射线衍射
仪(日本RIGAKU公司)，S-4800型场发射扫描电镜(日
本HITACHI公司1．
1．2 BiVO4／膨润土的制备
采用溶液燃烧法[61制备得到BiVO 前驱体．取适
量提纯后的膨润土用蒸馏水浸润，持续搅拌1 h后加
入到BiVO 前驱体中，充分搅拌6 h，80℃烘干，300 oC
收稿日期：201l—O6—29
作者简介：李南南(1986一)，女，山东省诸城市人，在读硕士研究生，从事新型光催化剂的研究
3期 李南南，等：BiVOJ膨润土对活性蓝19的吸附动力学
煅烧4 h，样品冷却后研磨，制得BiVO ／膨润土．
1．3 BiVO ／膨润土的表征
使用x射线衍射仪进行XRD衍射分析，以确定
BiVO 的晶型；使用场发射扫描电镜进行FE—SEM测
试，可观察催化剂的表面形貌和颗粒大小．
1．4 吸附动力学试验
准确称量0．01 g BiVO4／膨润土置于150 mL具塞
锥形瓶中，加入25 mL一定质量浓度的活性蓝19．在避
光条件下，将具塞锥形瓶放人恒温加热磁力搅拌器中
搅拌吸附，转速为150 r／min．在不同时间取样，过滤后
取上清液测定染料剩余质量浓度．吸附量口 (mg／g)根
据下列公式计算：
q o-p,)／m (1)
式中， 是染料溶液的体积(L)，m是BiVOJ膨润土的质
量(g)，P。为染料溶液的初始质量浓度(mg／L)，P 是t时
刻染料溶液的剩余质量浓度(mg／L)．
2 结果与讨论
2．1 BiVOd膨润土的表征
2．1．1 XRD晶型结构
由图la可看出，20=8．41。是膨润土的钠基特征
峰，20=18．5。、35。、46。处的裂峰表明制备的BiVO 为
单斜晶型．
0 10 30 50 70 90
2O／(。)
a—BiV 膨润土Ib一膨润土
图1 BiVOd膨润土、膨润土的XRD谱图
2．1．2 FE-SEM
从图2a可以明显的看到膨润土为层状结构，并
且表面较光滑．图2b中，BiVO 在膨润土表面分散性
好，颗粒尺寸细小，大约为30 nm．
● ● 膨润土 BiVO4／膨润土
图2 膨润土、BiVOd膨润土的FE—SEM
2．2 吸附动力学
2．2．1 活性蓝l9初始质量浓度对吸附的影响
从图3中可以看出，0～30 min内，BiVO4／膨润土对
活性蓝19的吸附比较快，30 min后，吸附速率逐渐减
小并趋于平衡．随着初始质量浓度的增加，BiVO4／膨润
土对活性蓝19的吸附量增加．
5
莹4
s
2
I；
；詈．。
。
20 4O 60 80 100 12U
时间／min
■一15 mg／L；Q- 25 mg／L；A- 35 mg，L；V一45 mg／L
298 K
图3 BiVOd膨润土吸附活性蓝19的动力学曲线
分别用准一级和准二级方程对不同初始质量浓
度活性蓝19的吸附动力学曲线进行线性拟合，结果
见表1、表2．
表1 准一级模型
注：g-为平衡吸附量(mg／g)；k 为准一级的吸附速率常数(min )(下
同)．
表2 准二级模型
／(m知)t／q,=l／( ，(g． 1)，( ． ．mi _1)
注：g：为平衡吸附量(rag／s)，h为初始吸附速率[ms／(g·min)]，k 为准
二级的吸附速率常数[g／(mg·rain)](下同) 为0．999．
由表2可知，用准二级动力学方程线性拟合的相
关系数较高 =0．999)，故符合准二级动力学方程．这
表明BiVOd膨润土对活性蓝19的吸附是以化学吸
附为吸附速率控制步骤．【 -8]不同初始浓度的准二级方
程拟合如图4所示．随着活性蓝19的初始质量浓度
从25 mg／L升高到45 mg／L，吸附速率常数k2从0．075 2
g／(mg·min)升高到0．077 6 g／(mg·min)；初始速率常数h
16 印染助剂 29卷
从1．231 5 mg／(g·min)升高到1．460 1 mg／(g·min)，说明
随着初始质量浓度的升高，BiVOd膨润土对活性蓝l9
的吸附增加．试验平衡吸附量从3．516 3 mg／g增加到
4．205 2 mg／g，这与准二级动力学方程计算的理论平
衡值相差不大．
时I司／min
■ 一15 mg／L；~- 25 mg／L；~- 35 m L；V—45 mg／L
图4 不同初始质量浓度的准二级方程拟合
2．2．2 温度对吸附活性蓝19的影响
从图5可以看出，0～30 min内，BiVOd膨润土对活
性蓝19的吸附比较快，30 min后，吸附速率逐渐减小
并趋于平衡．随着温度的升高，BiVOd膨润土对活性蓝
l9的吸附量增加．
时I司／min
●一298 K；●一308 K；▲一318 K
活性蓝19初始质量浓度25 mg／L
图5 BiVO4／膨润土吸附活性蓝l9的动力学曲线
分别用准一级动力学方程和准二级动力学方程
来拟合不同温度的吸附动力学曲线，结果见表3、表4．
表3 准一级模型
从表4可知，用准二级动力学方程可以很好地描
述BiVOd膨润土对活性蓝19的吸附动力学过程．不
同温度的准二级拟合如图6所示．随着温度的升高，吸
附速率常数k 从0．075 2 g／(mg·min)升高到0．154 9
g／(mg·min)；初始速率常数h从1．231 5 mg／(g·min)升
高到4．206 7 mg／(g·min)．说明随着温度的升高，活性
蓝l9向BiVOd膨润土的扩散速率增加，而且吸附溶
液的粘度降低．试验平衡吸附量从3．910 mg／g增加到
5．141 mg／g，说明此吸附为吸热反应．因此，升高温度有
利于BiVO4／膨润土对活性蓝19的吸附．
表4 准二级模型
T／K ￡／q,=l／( 卿 +￡／qz，( ；： )，(g．mgk-l2 Ii _1)／(mg．ghI ．min一．)
注：R 为0．999
时l司／min
一一298 K：●一3O8 K：▲一318 K
图6 不同温度的准二级方程拟合
2．2．3 表观吸附活化能
根据Arrhenius公式：Ink2=一EJRT+C[k2为准二级
方程吸附速率常数；E 为表观吸附活化‘~,(kJ／mo1)；R
为气体常数，取8．3 14 J／(mol·K)； 为吸附绝对温度(K)；c
为常数1，以Ink：～1／T作图7，由直线的斜率可求出
为28．75 kJ／mo1．
0．003 l5 0．Uo3 25 0．003 35 0．003 45
l，
图7 ln 与1／T的关系曲线
通常情况下，物理吸附的活化能为5—40 kJ／mol，
而化学吸附的活化能为40—800 kJ／mo1．19- 】从表观吸
附活化能的数据可看出，BiVOd膨润土对活性蓝19
的吸附不仅仅是单一的以化学吸附为速率控制步骤，
同时也存在一个物理吸附控制步骤．
3 结论
3期 李南南，等：BiVOd膨润土对活性蓝l9的吸附动力学 17
f1)BiVOd膨润土对活性蓝l9的吸附在30 rain driven high—activity BiVO photocatalyst IJ1．Journal of Molecular Cat一
基本达到平衡．在初始质量浓度为15～45 mg／L、温度 y。i A：c 。 i。 ， 0o ， (1-2)： 0一 4-
为298～318 K时，BiV04／膨润土对活性蓝19的吸附动 暑。 三 ：
力学数据能较好地符合准二级动力学方程．随着初始 ability der isibl。ligh棚s p i。nandPur‘ificatio |re hn0l。 o09
，
质量浓度和温度的升高，BiV04／膨润土对活性蓝19的 64(3)：309—313．
吸附量均增加． [51 XU Y，LANGFORD C H．UV—or visible—light—Induced degradation of
(2)表观吸附活化能为28．75 kJ／mol，表明BiVOd X3B。nTi02n—particles：theinf1uence adsorp ion[fl·LangmuiL oo ，
膨润土对活性蓝19的吸附不仅仅是单一的以化学吸
[61 A s．MIMANI T_C。 b i附为速率控制步骤。 hesis：an pda 【JJ．
，而且同时存在一个物理吸附控制 c t O’ pinion i so
’
lid State and Mat。rial s i。 。 ，20o2，6 5
步骤． 512．
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