染料废水高效经济处理方法

2.4吸附等温线

吸附等温线是吸附过程设计的重要依据，用来描述吸附剂和吸附质之间的平衡关系、亲和力及吸附剂的吸附能力。研究吸附平衡时主要进行了Langmuir、Freundlich和Temkin的研究，结果分别为图5（a）、图5（b）、图5（c）所示。

Langmuir、Freundlich和Temkin的方程式如下：

Langmuir模型：

Freundlich模型：

Temkin模型：

式中：Ce——吸附平衡时的质量浓度，mg/L；

qe——吸附平衡时的吸附量，mg/g；

qM——Langmuir理论最大吸附量，mg/g；

KL——Langmuir模型方程常数，L/mg；

KF——Freundlich模型方程常数，L•mg-1；

KT、Bl——Temkin模型方程常数，L/mg、J/mol。

对吸附数据进行线性拟合，计算结果如表2所示。

由表2可见，Langmuir等温方程线性拟合相关系数（R2）远远大于其他两种等温吸附方程，这说明PEI-CNT/COOH对甲基橙的吸附更符合Langmuir等温吸附模型，单分子层的均匀吸附在吸附过程中起到主导作用〔4〕。在25、40、55℃下，实际最大吸附量分别为1218.8、1173.0、1111.6mg/g，其值与理论值相差甚小，进一步证实PEI-CNT/COOH对甲基橙的吸附符合Langmuir模型。

2.5吸附热力学研究

研究温度对吸附过程的影响能够为吸附过程中能量的改变和吸附机理提供有效信息。笔者通过热力学计算研究了吸附机理。吉布斯自由能ΔG0，标准焓变ΔH0，标准熵变ΔS0通过下列公式计算得出：

式中：R——热力学常数，8.314kJ/mol；

K——平衡常数；

T——绝对温度，K；

Ce——吸附平衡时甲基橙溶液质量浓度，mg/L；

Ca——甲基橙初始质量浓度与吸附平衡质量浓度之差，mg/L。

热力学参数计算结果如表3所示。

通过计算热力学数据得出整个吸附过程是一个自发放热过程。ΔG0的数值在3个温度下均小于化学吸附40kJ/mol，且在物理吸附-40~0kJ/mol范围内〔5〕。熵变ΔS0为负值说明甲基橙在PEI-CNT/COOH的吸附过程降低了固液表面的混乱度。标准焓变和标准吉布斯自由能均能说明PEI-CNT/COOH对甲基橙的吸附行为更符合物理吸附。

3结论

（1）实验证实聚乙烯亚胺改性的碳纳米管对甲基橙的吸附性能大大提高，在25℃下最大吸附量达到了1218.8mg/g，远远高于先前未改性羧基碳纳米管对甲基橙的吸附（466.6mg/g）。

（2）PEI-CNT/COOH对甲基橙的吸附符合Langmuir等温吸附方程和假二阶动力学方程，符合一种单分子层吸附过程，且吸附过程受速率控制。

（3）通过计算热力学数据说明吸附过程是一个自发放热过程，且吉布斯自由能数值较小，说明吸附是一种物理吸附行为。

（4）所有实验结果证实通过对碳纳米管改性可以大大提高其吸附性能，这对以后碳纳米管的研究具有重要的意义。

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