粉煤灰制备NaA型分子筛及其对铅离子的吸附性能研究

2022-09-08李昆李春全孙志明

矿业科学学报 2022年5期

李昆,李春全,孙志明

中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京 100083

粉煤灰是燃煤电厂、煤化工等企业排出的一种“飞灰”状物质,是最常见的煤基固废之一[1-3]。目前我国的粉煤灰年产生量高达6 亿t,且大量未利用的粉煤灰逐年堆积,据不完全统计其堆积量已超过40 亿t[4-5]。大量堆存的粉煤灰对环境、生态造成了巨大的负担,亟待寻找高效、合理、经济的处置方法,粉煤灰的综合利用已成为当前环境、能源领域的研究热点之一[6-9]。粉煤灰中含有大量的硅铝酸盐矿物,其主要化学成分为SiO2和Al2O3,是合成分子筛的优良原料[10-13]。分子筛是一类具有三维空旷骨架结构的微孔材料,可以在分子水平上对物质进行筛选,具有优异的离子交换性能和选择吸附性能,被广泛应用于液相、气相中的污染物吸附净化,其中最典型的就是废水中重金属离子的吸附[14-16]。铅、镉、汞、砷、铬作为最常见及危害最大的几种重金属元素,高效的吸附净化材料可以实现对它们的有效去除。

粉煤灰基沸石分子筛对废水中的各类重金属(铅、镉、铬、铜、锌、镍等)均具有较好的吸附性能。分子筛对重金属离子的吸附机理主要是离子交换作用,而分子筛的离子交换性能主要取决于其结构单元中Si(IV)和Al(III)的比例,硅铝比例越低,结构负电性越强,分子筛的阳离子交换容量越大,需要更多的阳离子进行中和,使整体结构显电中性。与其他类型的分子筛相比,NaA 型分子筛具有更低的硅铝比,因此其理论阳离子交换容量高于其他分子筛,具有更加优异的重金属吸附性能[17-19]。

本文以粉煤灰为原料,通过碱熔-水热法合成了NaA 型分子筛,并着重考察了水热温度、水热时间、碱浓度、碱灰比等因素对NaA 型分子筛合成的影响,确定其合成的最优条件,并通过X 射线衍射(XRD)、傅氏转换红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)对其结构进行表征分析;同时,选取典型的二价铅离子为研究对象,对所制备分子筛在最优条件下的铅离子吸附性能进行了测试。

1 试验

1.1 原料与试剂

所用粉煤灰来自山西兴能发电厂,化学成分见表1。由表1 可知,SiO2和Al2O3是粉煤灰中的主要化学成分,两者含量在87% 以上。原料硅铝比(SiO2与Al2O3物质的量之比)约2.37,与NaA 分子筛的理论硅铝比接近。

表1 粉煤灰化学成分Table 1 Chemical compositions of FA %

氢氧化钠(NaOH)、无水氯化钙(CaCl2)、硝酸铅[Pb(NO3)2]均购自西陇化工股份有限公司,钙羧酸指示剂(C21H14N2O7S)购自麦克林生化科技有限公司,以上药剂均为分析纯;乙二胺四乙酸二钠(C10H14N2Na2O8)标准溶液购自麦克林生化科技有限公司,浓度为0.1 mol/L;试验用水为超纯水(电阻率≥18.2 MΩ·cm)。

1.2 仪器与设备

主要仪器与设备包括:SX3-10-14 型快速升温电阻炉(湘潭市仪器仪表有限公司)、DHG-9035AD型电热恒温鼓风干燥箱(北京莱凯博仪器设备有限公司)、YZQR-250 型高压反应釜(上海岩征实验仪器有限公司)、KW-TH-2252 型恒定湿热试验箱(北京优玛科学仪器有限公司)、HSJ 系列恒温水浴搅拌器(金坛市科析仪器有限公司)等。

1.3 表征分析

采用Bruker D8 Advance 型X 射线衍射仪(XRD)测试样品物相结构,测试条件:Cu 靶,2θ=5° ～80°,扫描速率10°/min;采用Nicolet IS10 型红外光谱仪(FTIR)对样品的官能团进行分析,测试波长400 ～4000 cm-1;采用SU8020 型扫描电子显微镜(SEM)对样品的微观形貌以及元素组成进行分析;采用Agilent ICPOES730 型电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-OES)对溶液中的Pb(Ⅱ)含量进行检测,测试条件:发射功率1 kW,载气为氩气,等离子气流量15 L/min,辅助气流量1.5 L/min,雾化器流量0.75 L/min;采用ASAP 2460 系列全自动快速物理吸附分析仪对样品的比表面积及孔径进行检测分析,吸附质采用Ar。

1.4 分子筛制备

采用碱熔-水热法制备分子筛[20-21]。取干燥粉状粉煤灰(硅铝比为2.37) 按一定比例与NaOH 混合均匀,600 ℃下煅烧2 h,冷却、破碎、研磨至60 目以下得到预处理煅烧料。取适量煅烧料按一定比例加水混合,在50 ℃水浴锅中陈化30 min 后转移至反应釜中,于烘箱中进行水热反应,而后经冷却、过滤、洗涤、干燥、打散后得到粉末状分子筛。

1.5 分子筛性能评价

在单因素试验中,以静态饱和吸水量和钙离子交换量作为所制备分子筛的性能评价指标。其中,静态饱和吸水量与分子筛的结晶度相关,钙离子交换量与分子筛的阳离子交换性能相关,二者可直观反映所制备分子筛的结晶度与离子交换性能,且钙离子交换量还可间接反映分子筛的重金属吸附性能。分子筛的静态饱和吸水量参照国家标准GB6287—86 进行测定;钙离子交换量依照国家标准(QB/T1768—2003)中洗涤用4A 沸石的测定方法进行测定。

分子筛的静态饱和吸水量按式(1)计算。

式中,X 为分子筛的静态饱和吸水量(质量分数),% ;m1,m2分别为分子筛吸湿前后质量,g。

分子筛的钙离子交换能力E 按式(2)计算。

式中,c0为氯化钙标准溶液的浓度,mol/L;c1为EDTA 标准滴定溶液的浓度,mol/L;VE为在滴定中耗用EDTA 标准滴定溶液的体积,mL;m 为试样质量,g;W 为样品的吸湿水量,% ;100.08 为碳酸钙的毫摩尔质量,mg/mmol。

1.6 分子筛对铅离子的吸附试验

配置1 000 mg/L 的Pb(Ⅱ)储备液:准确称取分析纯固体硝酸铅1.616 2 g 溶于1.5 mL 浓硝酸中,并加适量二次水至硝酸铅溶解, 然后在1 000 mL 容量瓶中定容,摇匀,即得Pb(Ⅱ)储备液(1 000 mg/L)。对其稀释得到浓度为500 mg/L的Pb(Ⅱ)溶液,使用0.1 mol/L 的NaOH 和HCl将溶液pH 调节为5 ～6,称取0.05 g 分子筛置于100 mL 烧杯中,加入50 mL 浓度为500 mg/L 的Pb(Ⅱ)溶液,在室温(25 ℃)下于磁力搅拌器上以500 r/min 转速振荡吸附60 min,取上清液过0.45 μm 滤膜,对其进行ICP 测试,得到Pb(Ⅱ)的平衡浓度Ce,最终以铅离子吸附容量Qe作为分子筛铅离子吸附性能的评价指标,按式(3)计算。

式中,Qe为分子筛对Pb(Ⅱ)的吸附容量,mg/g;C0为溶液中Pb(Ⅱ)的初始质量浓度,mg/L;Ce为溶液中Pb(Ⅱ)的平衡质量浓度,mg/L;V 为加入样品的溶液体积,mL;W 为分子筛的干重,g。

2 结果与讨论

2.1 分子筛合成优化工艺条件探究

2.1.1 水热温度

控制碱灰比1.2,煅烧温度600 ℃,煅烧2 h,将煅烧料与适量水混合,控制NaOH 浓度为2.73 mol/L,在50 ℃下陈化30 min,水热晶化5 h,改变水热温度以考察其对分子筛合成的影响,结果如图1 所示。

图1 样品的静态饱和吸水量与钙离子交换量随水热温度的变化Fig.1 Water adsorption capacity and CEC value of samples at different hydrothermal temperatures

由图1 可知,分子筛的静态饱和吸水量和钙离子交换量均随着水热温度的升高呈先升高后降低的趋势。其中,静态饱和吸水量在温度为90 ℃时达到最高,钙离子交换量在温度为100 ℃时达到最高。这是由于提高水热温度可以加快煅烧料中活性硅铝酸盐组分向液相中溶出的速度,同时还能加快分子筛晶体的生长,但温度过高易引发转晶现象,生成方钠石[22]。两个指标的最优条件不同,可能是因为在不同温度下生成的分子筛晶型有差异,其中NaA 型分子筛具有更加优异的阳离子交换性能。总体而言,静态饱和吸水量主要反映分子筛整体的产率,而钙离子交换量则间接反映分子筛的重金属吸附性能。在选取最优条件时,优先选择钙离子交换量为主要评价指标。综合考虑,选择水热温度为100 ℃。

2.1.2 水热时间

控制碱灰比1.2,煅烧温度600 ℃,煅烧2 h,将煅烧料与适量水混合, 控制NaOH 浓度2.73 mol/L,在50 ℃下陈化30 min,在100 ℃下进行水热反应,改变水热时间以考察其对分子筛合成的影响,结果如图2 所示。可以看出,样品的钙离子交换量随水热时间的延长呈先升高后降低的趋势,5 h 时达到最高;而其静态饱和吸水量则先升高后降低并逐渐趋于稳定,4 h 时达到最大值。这是由于水热时间较短时,体系中的分子筛晶体生长不完全,而时间过长则易引起分子筛的转晶[22]。综合考虑,选择水热时间为5 h。

图2 样品的静态饱和吸水量与钙离子交换量随水热时间的变化Fig.2 Water adsorption capacity and CEC value of samples at different hydrothermal time

2.1.3 碱浓度

控制碱灰比1.2,煅烧温度600 ℃,煅烧2 h,将煅烧料与适量水混合,在50 ℃下陈化30 min,在100 ℃条件下水热反应5 h,改变煅烧料与水的比例以控制碱浓度,考察碱浓度对合成分子筛的影响,结果如图3 所示。由图3 可知,样品的静态饱和吸水量和钙离子交换量均随着碱浓度的增加呈先升高后降低的趋势,并同时在NaOH 浓度为2.73 mol/L 时,达到最高。这是由于随着碱浓度的提高,可以促进固相体系中硅铝组分的溶解,提高分子筛产率,且碱浓度还影响着反应体系中硅铝酸根离子的聚合平衡状态,从而影响最终生成的分子筛类型[23]。碱浓度较低时易生产硅铝比较低的分子筛(如NaA 型分子筛);碱浓度过高时会导致体系中的硅酸根聚合能力减弱,容易生成方钠石。综合考虑,选择NaOH 浓度为2.73 mol/L。

图3 样品的静态饱和吸水量与钙离子交换量随NaOH 浓度的变化Fig.3 Water adsorption capacity and CEC value of samples at different NaOH concentrations

2.1.4 碱灰比

将粉煤灰与NaOH 按一定质量比例混合均匀,在600 ℃下煅烧2 h,将煅烧料与适量水混合,控制NaOH 浓度为2.73 mol/L,50 ℃下陈化30 min,然后在100 ℃条件下水热晶化5 h,通过改变NaOH与粉煤灰比例,考察碱灰比对合成分子筛的影响,结果如图4 所示。

由图4 可知,样品的钙离子交换量随着碱灰比的增加呈先升高后降低的趋势,在碱灰比为2.8 时,最高可达374.63 mg/g;而其静态饱和吸水量在低碱灰比时快速升高,在碱灰比较高时上升趋势减缓并逐渐趋于平稳。这是因为粉煤灰的物相成分主要包括玻璃体等活性组分以及石英、莫来石等惰性组分,其中的惰性组分活性较低,很难参与到反应中[4]。提高煅烧时的碱灰比有利于石英、莫来石等惰性组分的活化,从而提高原料的利用率,进而提高分子筛的纯度。因此,随着碱灰比的增大,样品的钙离子交换量得到了显著的提升。但当碱灰比过高时,容易导致煅烧产物结块硬化,不利于粉煤灰中硅铝组分的溶出,造成分子筛的产率降低[24]。

图4 样品的静态饱和吸水量与钙离子交换量随碱灰比的变化Fig.4 Water adsorption capacity and CEC value of samples at different NaOH/FA mass ratios

原料粉煤灰及不同碱灰比下所合成样品的XRD 图谱如图5 所示。可以看出,粉煤灰的XRD图谱中主要包含莫来石、石英、石膏3 种矿物的衍射峰,且其中莫来石的衍射峰较多,而粉煤灰中的活性组分玻璃体属于非晶质,在XRD 图谱中没有衍射峰,这进一步说明原料中的惰性组分含量较高,必须活化才能有效利用。随着碱灰比的不断增加,合成的分子筛中莫来石等矿物的衍射峰逐渐减弱直至消失。当碱灰比为0.8 时,并未出现明显的分子筛衍射峰,仍存在一定数目的莫来石等矿物的衍射峰,说明此时的碱量不足以活化粉煤灰;当碱灰比达到1.2 时,出现较多分子筛的衍射峰,其中以NaA 型分子筛为主,此外还夹杂着较多X 型分子筛,在2θ=6.08°处存在一个明显的X 型分子筛衍射峰,样品整体为混合晶型。随着碱灰比的进一步增大,X 型分子筛的衍射峰强度逐渐减弱至几乎消失,方钠石的衍射峰强度不断减弱,NaA 型分子筛的衍射峰进一步增多,峰强逐渐提高,在碱灰比2.8 时达到极值,此时在2θ 分别为7.19°、10.15°、21.62°、23.94°、27.06°、29.89°等处出现明显的NaA 型分子筛衍射峰。随着碱灰比继续增加到3.2,NaA 型分子筛的衍射峰强度几乎没有变化,甚至有所减弱。说明碱灰比增大有利于NaA 型分子筛的生成。随着碱灰比的逐渐增大,杂晶不断减少,分子筛的晶型从混合型向NaA 型转变,其阳离子交换性能得到极大的提升。

图5 粉煤灰及不同碱灰比样品的XRD 图谱Fig.5 XRD patterns of FA and samples at different NaOH/FA mass ratios

对粉煤灰、碱灰比为1.2 及2.8 时所制备样品进行扫描电镜(SEM)测试,结果如图6、图7 所示。从图6 中可以看出,粉煤灰在微观形态上主要呈现为颗粒大小不一的微珠态,此外还含有较多不规则颗粒,这些微珠态物质是粉煤灰中的主要活性物质(玻璃体),其含量越高,粉煤灰活性越强,而其余的不规则颗粒则主要是莫来石等一些惰性矿物。整体而言,原料中还是存在一定含量的惰性组分,因此对其进行碱熔活化可以有效提高原料利用率与分子筛产率。

图6 粉煤灰的SEM 图Fig.6 SEM images of FA

对比图7 中不同碱灰比时样品的电镜图可以看出,当碱灰比为1.2 时,样品中开始出现大量晶体状物质,其晶体结构主要呈现为立方体和八面体两种形态,分别对应NaA 型和NaX 型分子筛晶体,其整体为混合晶型。此外,还存在一些绒状表面的团状颗粒,推测其为原料中未活化的惰性矿物组分。从图5 中相对应的XRD 图谱中可以看出,此时样品中仍存在莫来石等惰性组分的衍射峰,很好地佐证了这一点。当碱灰比2.8 时,分子筛的晶体呈良好的立方体形状,为典型的NaA 型分子筛晶体,其晶型轮廓清晰自然,晶体排列均匀整齐,几乎没有杂晶和模糊胶团,说明生成的NaA型分子筛纯度高、质量好。此时合成的分子筛中主要含有Na、Al、Si、O 四种元素,此外还含有微量的Ca、Mg、Fe、Ti 等元素,说明其中仍存在少量的杂质(图8)。

图7 碱灰比分别为1.2 和2.8 时制备样品的SEM 图Fig.7 SEM images of zeolites obtained at NaOH/FA mass ratio of 1.2 and 2.8

图8 碱灰比为2.8 时制备样品的能谱图Fig.8 EDS images of zeolites obtained at NaOH/FA mass ratio of 2.8

此外,对最优样进行BET 测试(载气为氩气)得到其比表面积为48.51 m2/g,与预期相比偏低,推测原因可能是所制备分子筛含有大量孔径极小的微孔,即使是分子直径极小(0.34 nm)的氩气也无法进入,从而使得所测比表面积偏低。而Pb(Ⅱ)的直径为0.155 nm,远小于氩气,分子筛中存在的大量微孔对Pb(Ⅱ)的吸附有一定的促进作用。

图9 是粉煤灰及不同碱灰比下制备的分子筛的红外谱图。其中,对应分子筛的FTIR 谱图中,3 430 cm-1处和1 641 cm-1处的峰分别为—OH 的伸缩振动和弯曲振动吸收峰,465 cm-1位置处的峰为分子筛骨架T—O(T=Si 或Al)的弯曲振动吸收峰,557 cm-1处的峰为分子筛双四元环振动红外特征峰,665 cm-1处的峰为Si—O—Si 键的对称伸缩振动吸收峰,1 003 cm-1处的峰为分子筛骨架T—O 的不对称伸缩振动吸收峰[24]。可以看出,随着碱灰比的增加,代表分子筛双四元环的红外峰强度不断增强,说明反应生成了更多具有双四元环结构的NaA 型分子筛。整体来看,在粉煤灰转化为分子筛的过程中,最为明显的变化为1 109 cm-1处的Si—O—Si(Al)非对称伸缩振动特征吸收峰偏移至1 003 cm-1处。这是因为在NaA 分子筛的结构中存在大量的钠离子,所以必然存在Si—O—Na 结构,相对于粉煤灰中的Si—O—Si 或者Si—O—Al结构,其键长更长且键角小,因此吸收峰波数减小。同时,合成的分子筛在665 cm-1处出现Si—O—Si键的对称伸缩振动吸收峰。

图9 粉煤灰及不同碱灰比下制备样品的红外图谱Fig.9 FTIR spectra of FA and samples at different NaOH/FA mass ratios

2.2 分子筛对铅离子的吸附性能研究

2.2.1 不同碱灰比下制备分子筛的铅离子吸附性能

对不同碱灰比下制备的分子筛的铅离子吸附能力进行考察。对初始浓度(C0)为500 mg/L 的Pb(Ⅱ)溶液进行吸附试验,调节溶液pH 值为6.2,分子筛投加量为1 g/L,在室温25 ℃下振荡吸附60 min,取上清液过0.45 μm 滤膜,通过ICP 测试得到吸附后Pb(Ⅱ)溶液的平衡浓度(Ce)。通过计算各组样品的铅离子吸附容量Qe对其铅离子吸附能力进行评价,结果如图10 所示。由图10 可知,随着碱灰比的增加,样品的铅离子吸附容量呈逐渐升高的趋势,在碱灰比为2.8 时,达到最大值471.51 mg/g,随后逐渐降低。其整体变化趋势与样品钙离子交换量的变化趋势大致相同,进一步说明了所制备分子筛的阳离子交换容量与重金属吸附性能的相关性,也从侧面印证了在对铅离子的吸附过程中,离子交换占主导作用(化学吸附)。由于分子筛中存在的大量微孔,在整个吸附过程中也存在一定的物理吸附。此外,在碱灰比为1.2 时,所制备分子筛的铅离子吸附量即可达到408.15 mg/g,更证明本文所合成分子筛具有优异的重金属吸附性能以及一定的经济性,在重金属污染物治理领域具有良好的应用前景。

图10 样品的铅离子吸附容量随碱灰比的变化Fig.10 Pb(Ⅱ) adsorption capacity of samples at different NaOH/FA mass ratios

2.2.2 吸附温度的影响

控制初始浓度500 mg/L,pH 值6.2,吸附60 min,通过调整吸附温度考察其对最优样铅离子吸附性能的影响,结果如图11 所示。

图11 吸附温度对Pb(Ⅱ)吸附性能的影响Fig.11 Effect of temperature on adsorption of Pb(Ⅱ)

从图11 可以看出,最优样的吸附容量随着温度的上升而增加。这是由于:一方面随着温度的升高,水溶液的黏度不断下降,造成Pb(Ⅱ)的水合程度降低,体系中阳离子的吸附亲和力增大;另一方面,水溶液黏度的降低还会造成传质扩散系数的增大,从而提高吸附速度,增大最终吸附量。但总体而言,随着温度的上升吸附容量的提升较小,说明其受温度影响较小,本材料在实际应用中可基本忽略温度的影响。

2.2.3 pH 值的影响

控制初始浓度500 mg/L,吸附温度25 ℃,吸附60 min,使用1 mol/L 的NaOH 和1 mol/L 的HCl 溶液调整体系pH 值,考察其对最优样铅离子吸附性能的影响,结果如图12 所示。

图12 pH 值对Pb(Ⅱ)吸附性能的影响Fig.12 Effect of pH on adsorption of Pb(Ⅱ)

最优样的吸附容量随着pH 值的上升而增加,在pH 值较小时增加幅度极大,随后增速渐缓。这是由于体系中的H+和Pb(Ⅱ)之间存在竞争吸附关系,H+会占据一定的活性吸附位点,从而阻碍Pb(Ⅱ)的吸附。 pH 值较低时,H+浓度随pH 值变化较大,随后逐渐减小。此外,在pH 值较低时,可能存在分子筛硅铝结构的破坏,这也是分子筛在酸性环境下吸附性能不佳的原因之一。由于Pb(Ⅱ)在pH 值为6.4 时开始产生沉淀,因此需控制pH 值在6.4 以下,从而排除化学沉淀的干扰。综合而言,样品对Pb(Ⅱ)的吸附性能受pH 值影响较大,在pH 值为5 ～6 时即可达到较好的吸附效果。

2.2.4 吸附时间的影响

控制初始浓度500 mg/L,pH 值6.2,吸附温度25 ℃,通过调整吸附时间考察其对最优样铅离子吸附性能的影响,结果如图13 所示。

从图13 可以看出,样品对Pb(Ⅱ)的吸附可以分为两个阶段,初始10 min 的快速吸附阶段及随后较为缓慢吸附阶段。在吸附时间为60 min 时体系已基本达到吸附平衡。

图13 吸附时间对Pb(Ⅱ)吸附性能的影响Fig.13 Effect of adsorption time on adsorption of Pb(Ⅱ)

2.2.5 初始浓度的影响

控制pH 值6.2,吸附温度25 ℃,通过调整Pb(Ⅱ)的初始浓度,考察其对最优样铅离子吸附性能的影响,结果如图14 所示。从图14 可以看出,随着Pb(Ⅱ)初始浓度的增加,样品的吸附容量不断增加,但趋势逐渐减缓,这可能是因为吸附过程对目标离子的浓度存在一定的依赖性,吸附剂在低浓度时未能吸附饱和,随着Pb(Ⅱ)初始浓度的不断增加,样品的吸附量逐渐达到饱和,其上升趋势也开始减缓。

图14 初始浓度对Pb(Ⅱ)吸附性能的影响Fig.14 Effect of initial concentration on adsorption of Pb(Ⅱ)

2.2.6 吸附动力学

描述固液吸附过程的动力学模型主要包括准一级吸附动力学模型和准二级吸附动力学模型。其中,准二级动力学模型是基于假定吸附速率受化学吸附机理的控制。

一级吸附动力学方程:

二级吸附动力学方程:

式中,k1、k2分别为准一级和准二级模型的吸附速率常数;Qe为平衡吸附容量,mg/g;Qt为溶液中吸附剂在t 时刻的吸附容量,mg/g;t 为吸附时间,min。

拟合结果如图15 所示,拟合参数见表2。可以看出,铅离子在最优样上的吸附过程更加符合准二级吸附动力学方程,再次印证了所制备分子筛的主要吸附机理为化学吸附(离子交换)。通过准二级吸附动力学模型拟合得到的平衡吸附容量为477.18 mg/g,与实测值较为接近。

图15 最优样品Pb(Ⅱ)吸附动力学拟合Fig.15 Adsorption kinetics fitting of Pb(Ⅱ) on optimum sample

表2 动力学拟合参数Table 2 Kinetic fitting parameters for Pb(Ⅱ) adsorption

2.2.7 吸附热力学

Langmuir 和Freundlich 模型是最常用的两种用于描述固液吸附过程的模型。 Langmuir 模型是基于吸附质完全均匀的单层吸附,Freundlich 模型则更适用于吸附质的不均匀吸附。

Langmuir 模型:

Freundlich 模型:

式中,Qm为吸附剂的最大吸附容量,mg/g;b 为Langmuir 吸附平衡常数,L/mg;k 为Freundlich 模型吸附平衡常数;n 为Freundlich 模型吸附强度常数。

最优样品在室温25 ℃下对Pb(Ⅱ)的吸附等温线拟合结果如图16 及表3 所示。由图16 及表3 可看出,在最优条件下所制备分子筛对Pb(Ⅱ)的吸附等温线更符合Langmuir 模型,是吸附质完全均匀的单层吸附,其饱和吸附容量可达580.18 mg/g。

图16 Pb(Ⅱ)在最优样品上的吸附等温线Fig.16 Equilibrium isotherm of Pb(Ⅱ)on optimum sample

表3 吸附等温线拟合参数Table 3 Langmuir and Freundlich parameters for Pb(Ⅱ) adsorption

表4 为本文所合成分子筛与其他各类分子筛在铅离子吸附容量方面的对比。本文所制备的分子筛不仅在原料使用上对粉煤灰进行了再利用,而且分子筛具有优异的铅离子吸附性能。此外,碱灰比为1.2 时,样品的铅离子吸附容量即可达到408.15 mg/g。因此,本文所制备的分子筛在控制制备成本的情况下,性能优异,实际应用价值较大。