001×7树脂吸附银氨配合离子的研究.pdf

第5 9 卷第3 期 2007 年8 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e t a l s V d ．5 9 ．N o ．3 A u g u s t2 0 0 7 0 0 1 7 树脂吸附银氨配合离子的研究 张秋利，宋永辉，兰新哲 西安建筑科技大堂，西安7 1 0 0 5 5 摘要研究0 0 1 X 7 树脂吸附银氨配合离子的过程和机理。在试验的硝酸银离子浓度范围内。0 0 1 7 树脂对银氨离子的 吸附符合F r e u n d l l c h 等温吸附方程式，A H 0 ，表明吸附为放热反应。降低温度有利于吸附进行。吸附过程是以液膜扩散为主控步 骤，吸附反应的速率常数b 1 ．9 5 X 1 0 _ 3 5 - ’，吸附速率很快。 关键词冶金技术；吸附；0 0 1 7 树脂；银 中图分类号T Q 0 2 8 ．1 5 ；T F 8 3 2 ；T F 8 0 4 ．3文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 7 0 3 - 0 0 5 2 - 0 3 树脂由于具有巨大的比表面积及丰富的微孔。 是饮用水深度处理的主要吸附材料和有效的消毒接 触净化材料。前人的研究结果表明⋯，银可有效地 抑杀常见的细菌，在树脂上渗入适量的金属银，可以 起到抑菌灭菌的作用。这样，既发挥了树脂优异的 吸附性能、过滤性能，又避免了这类材料造成生物污 染的问题，将会促进树脂在饮用水净化过程中的广 泛应用。 对水处理常用的0 0 1 7 树脂吸附银氨络合离 子的动力学、热力学过程及参数进行了分析讨论，为 新型抗茵材料的制备和应用奠定一定的基础。 1实验方法 1 ．1 试验程序 称取预先处理过的一定量干树脂，经过浸泡溶 胀后，加入到盛有一定体积的银氨溶液中，放入到恒 温振荡器中恒温振荡至反应平衡，每隔一定的时间 取吸附液用硫氰酸钠滴定法测定残留离子量，按式 1 和式 2 计算树脂的吸附量。 C A g2V N ．C N SXC N , C N s ／V a a N ．3 ． 1 Q C o C A g V ／W 2 1 ．2 基本原理 吸附平衡是指在一定的温度和压力下，气固 或 液固 两相充分接触，吸附质将被吸附剂所吸附，随 之单位质量吸附剂吸附量Q 将不断增加，吸附质浓 度不断下降。经过一段时间后，Q 将不随时间而变， 收稿日期2 0 0 5 1 1 0 7 基金项目陕西省教育厅专项科研计划项目 0 5 J K 2 4 2 作者简介张秋利 1 9 7 3 一 ，男，河北晋州人，讲师，硕士。主要从事 责金属冶金新技术及新材料翻备方面的研究。 流体相和固相间建立了平衡关系。吸附平衡是动态 平衡，吸附发生在两相的界面上。 吸附通常可分为气相吸附和液相吸附两大类， 离子交换树脂吸附溶液中的银离子，是在水溶液中 进行的，因此属于液相吸附。液相吸附的机理比较 复杂，除温度和溶质浓度外，吸附剂和溶质不同都会 影响吸附等温线的形状。目前在液相吸附过程中， 符合的等温方程式有L a n g m u i r 公式、F r e u n d l i s h 公 式、B E T 公式等。研究中主要使用的是F r e u n d l i s h 经验等温式。见式 3 或式 4 。 Q K C l 7 ” 3 I n Q 1 ／n l n e I n K 4 式中Q 为吸附量，m g ／g ；e 为平衡时溶液残余氰 化物浓度，m g ／L ；1 ／n 和K 为F r e u n d l i s h 常数。 为了计算吸附过程热力学参数，采用了 a a e y r o n - c l a 潞i u S 方程[ 副，见式 5 ，式中R 为气体常 量 8 ．3 1 4 2 J t o o l ～K - 1 ，T 为绝对温度 K ，K o 为常量。 1 n e 一l n K o A H ／R T 5 2 试验结果与讨论 2 ．1 吸附等温线 准确称量5 份0 ．2 9 的干树脂于2 5 0 m L 锥形瓶 中，分别加入1 0 0 m L 不同含银量的银氨溶液，将锥 形瓶放入到恒温振荡器中在2 5 ℃下恒温振荡，每隔 一定的时间移液管取5 m L 溶液用硫氰酸钠滴定法 测溶液中银的含量，直至吸附达到平衡。结果见 表l 和图1 。 万方数据 第3 期 张秋利等0 0 1X7 树脂吸附银氨配合离子的研究5 3 表1 不同浓度银氨溶液的吸附 T a b l e1 A d s o r p t i o nf o rd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n o fs i l v e ra m m o n i a 由图1 的结果可以看出，在试验浓度范围内， 0 0 1 7 树脂对银氨离子的吸附符合F r e u n d l i c h 等 ， 肇 ∞ 星 o ， 4 8 01 4 ∞ C , I m g L - 1 温吸附方程式。随着水相平衡A g 的增加，树脂的 吸附量也增加，从直线的斜率和截距通过式 4 可以 分别求得n 3 ．5 6 ，K 2 8 ．1 3 。一般情况下，，l 代 表吸附过程的难易程度，K 代表吸附能力的相对大 小。若1 ／n 0 ．1 ～0 ．5 之间，表示吸附容易进行，超 过2 时，则表示吸附很难进行。试验结果1 ／n 毒 0 ．2 8 0 9 ，说明吸附反应容易进行。另外由图1 可以 看出，等温线初始段对吸附量坐标方向凸出，称为优 惠等温线[ 3 - 4 】，它有利于吸附的进行，因为当A g 初始浓度很低时，树脂的吸附量仍保持在较高水平， 由文献可知该吸附属于优惠吸附[ 5 - 6 ] 。 66 ．577 ．58 l n C 。 图1 树脂吸附银氨配合离子的吸附等温线 F i g ．1A d s o r p t i o ni s o t h e r mf o rs i l v e ra m m o n i ac o m p l e xi o nw i t hr e s i n 2 ．2 热力学参数 称取4 份0 ．2 9 干树脂，溶胀后加入到l O O m L 浓度为2 ．1 2 8 m g ／m L 的银氨溶液中，使用2 5 0 m L 的 容量瓶分别在2 5 ，3 0 ，3 5 ，4 0 ℃于恒温振荡器中振 荡，试验条件及数据见表2 。以l n e 对1 ／T 作图，如 图2 所示。由得到的直线斜率通过式 5 可求得吸附 过程焓变厶H 一2 0 ．7 0 7 k J m o l ～，吸附符合 F r e u n d l i s h 等温方程，吉布斯自由能可由A G 一 n R T 求得，再由△S A H 一厶G ／T 求得A S 。所得 结果如表3 所示。 图2i n e ～1 ／T 关系 R g ．2R e l a t i o no fl n C ea n d1 ／T 表2 试验条件及数据 T a b l e2E x p e r i m e n t a lc o n d i t i o na n dd a t a 表3 吸附过程的热力学参数 T a b l e3T h e r m o d y n a m i cp a r a m e t e r s 由表3 数据可以看出，使用0 0 1 7 树脂吸附银 氨配合离子的过程中，△H 一2 ．2 7 8 k J m o l - 1 0 。 说明0 0 1x7 树脂对银氨离子的吸附为放热反应，降 低温度有利于吸附进行，因此一般情况下选择常温 即可。又△H 小于4 0 k J m o l ～，且A G 值随温度变 化较小，说明吸附属于物理吸附范畴，自由能减小和 熵增大是该吸附的推动力。 万方数据 有色金属第5 9 卷 2 ．3 吸附速率的测定 准确称取0 ．2 9 预处理后的干树脂，用浓N a C I 溶液浸泡并逐渐用去离子水进行稀释，后用去离子 水浸泡至树脂完全溶胀。然后移人到2 5 0 m L 的容 量瓶中加入所配浓度为2 ．1 2 8 m g ／m L 的1 0 0 m L 银 氨溶液中。在恒温振荡器中，调节振荡器温度至 2 5 ℃，每隔一定的时间用5 m L 移液管移出5 m L 溶 液，用N a C N S 标准溶液 0 ．0 1 m o l ／L 进行测定直至 反应平衡，得到的数据由式求得吸附量Q ，以Q ～t 作图得到图3 。 ， 肇 管 苦 t ，f i l m 图3Q 置～t 关系曲线 F i g ．3 R e l a t i o no f ％a n dt 图3 的结果表明，0 0 1X7 树脂对银氨配合离子 的吸附速度很快，基本在2 0 m i n 就可以达到平衡。 由试验结果计算得到平衡时树脂的吸附量Q 。为 ，4 1 3 ．4 m g A g ／g 树脂。 根据式 6 液膜扩散公式，以一I n 1 一F 对时 间t 作图得到图4 ，曲线的线性关系充分说明此吸附 过程符合B o y d ．液膜扩散公式，因此可认为0 0 1 7 树脂吸附银氨配合离子是以液膜扩散为主控步骤。 参考文献 由直线斜率通过式 6 可求得吸附反应的速率常数 五 1 ．9 5 1 0 - 3 s ～，吸附速率很快。 一I n 1 一F k t 6 式中F 一交换度，F Q 。／Q 。jQ ，一t 时刻的吸附 量，m g ／g ；Q 。一平衡时的吸附量，m g ／g ；忌一吸附速 率常数，S ～。 ” 一 e 3 ．5 I 2 ．5 O1 02 01 0 l ／r a i n 图4 吸附速率曲线 F i g ．4C u r v eo fa d s o r p t i v es p e e dr a t e 3 结论 在试验银离子浓度范围内，0 0 1 7 树脂对银氨 离子的吸附符合F r e u n d l i c h 等温吸附方程式，1 ／n 0 ．2 8 0 9 ，说明吸附反应容易进行。0 0 1 7 树脂吸附银 氨配合离子的过程中，△H 一2 ．2 7 8k l m o l - 1 0 ， 说明吸附为放热反应，降低温度有利于吸附进行；又 △H 小于4 0 k J m D l _ 1 ，且A G 的值随温度变化较小，说 明吸附属于物理吸附范畴，自由能减小和熵增大是该 吸附的推动力。0 0 1 7 树脂吸附银氨配合离子的过程 符合B o y d 液膜扩散公式，液膜扩散为主控步骤，吸附 速率很快，吸附反应的速率常数忌 1 ．9 5 1 0 - 3 s - 1 。 【1 ] 蔡伟杰，李彦生，骆阳．载银树脂的制备及水处理中的应用研究【J ] ．北方环境，2 0 0 4 ，2 9 3 3 5 3 8 ． [ 2 ] 董彦杰．7 0 7 阴离子交换树脂吸附钽的性能及动力学研究[ J ] ．湿法冶金，1 9 9 7 ，6 1 1 3 1 3 3 ． 【3 ] 吴香梅，熊春华，舒增年．巯基树脂吸附银的行为及机理[ J ] ．化工学报，2 0 0 3 ，5 4 1 0 1 4 6 6 1 4 6 9 ． 【4 ] 谢祖芳，何星存，夏金虹，等．苦味酸在聚酰胺树脂上的吸附热力学及动力学[ J ] ．化学研究，2 0 0 3 ，1 4 4 5 3 5 6 ． [ 5 】陆朝阳，王学江，张全兴．树脂吸附法处理分散蓝N K F 脱磺母液[ J 】．化工环保，2 0 0 2 ，2 2 6 3 4 2 3 4 6 ． [ 6 ] 刘峙嵘，刘欣萍，彭雪娇．阴离子交换树脂F 3 吸附铼的研究[ J ] ．稀有金属，2 0 0 2 ，2 6 3 2 2 1 2 2 4 ． A d s o r p t i o no fS i l v e rA m m o n i aC o m p l e xI o nw i t h0 0 1 7R e s i n Z H A N GQ i u l i ，S O N GY o n g - h u i ，L 州Ⅺ雄一z h e X i a nU n i v e r s i t yo f A r c h i t e c t u r ea n dt e c h n o l o g y ，X i “ a n7 1 0 0 5 5 ，C h i n a A b s t r a c t T h ea d s o r p t i o np r o c e s so fs i l v e ra m m o n i ac o m p l e xi o no nt h e0 0 1 7r e s i ni si n v e s t i g a t e d ．W i t h i nt h ee x - p e r i m e n tr a n g eo ft h es i l v e rc o n c e n t r a t i o n 。s i l v e ra m m o n i ac o m p l e xa d s o r p t i o no n0 0 1 7r e s i no b e y st h eF r e u n d l i e hi s o t h e r m a la d s o r p t i o ne q u a t i o n ，m o r e o v e r ，t h ea d s o r p t i o nr e a c t i o ni se x o t h e r m i cp r o c e s sb e c a u s eo fz f f ／ 0 。8 0t h et e m p e r a t u r ed e c r e a s ei sf a v o r i t et oa d s o r p t i o n ．T h ef l u i df i l md i f f u s i o ni st h ek e ys t e po ft h ea d s o r p - t i o np r o c e s s ，a d s o r p t i o nr a t ei sr a p i dw i t ht h er a t ec o n s t a n t 五 1 ．9 5 1 0q S ～． K e y w o r d s m e t a l l u r g i c a lt e c h n o l o g y ；a d s o r p t i o n ；0 0 1 7r e s i n ；s i l v e r 万方数据