D301R树脂对水溶液中罗丹明B的吸附动力学研究

黄永龙，刘肃宁，王崇太，何猛雄，华英杰

（海南师范大学 化学与化工学院，海南 海口 571158）

D301R树脂对水溶液中罗丹明B的吸附动力学研究

黄永龙，刘肃宁，王崇太，何猛雄，华英杰*

（海南师范大学 化学与化工学院，海南 海口 571158）

详细研究了D301R弱碱性阴离子交换树脂对水溶液中罗丹明B的吸附行为，测定了不同温度下吸附的动力学曲线，提出了吸附动力学模型，计算了吸附活化能.结果表明，吸附动力学符合表面过程控制的准二级反应模型，其速率常数k2在303K时为6.09×10-3g·mg-1·Min-1，并随温度的升高而升高，吸附活化能为11.54 kJ·mol-1.

D301R树脂；罗丹明B；吸附动力学

罗丹明B是三苯甲烷类染料中的一员，它含有四个N-乙基基团.（RhB）三苯甲烷类染料被广泛地用于纺织、印刷、食品和化妆品工业中，其排放的工业废水如果不经过处理，会引起水体环境的持久恶化.由于普通的化学法和生物法很难对其进行处理，现在处理罗丹明B的常用方法是光催化降解，但主要局限于紫外光，需要消耗大量的能源和过氧化氢［1-8］.

利用吸附树脂进行吸附分离是20世纪后期发展起来的一项新的吸附分离技术，树脂吸附法已被越来越广泛地应用于废水的治理和资源化中.树脂吸附法处理有机废水具有操作简单，运行稳定，不带来二次污染，树脂可方便洗脱再生，而且可以回收有用资源等优点，因此用树脂吸附法处理有机化工废水已经受到企业和环保工作者的重视［9-17］.

本文考察了D301R树脂对水溶液罗丹明B吸附的动力学行为，提出了初步的吸附机理，为研究固-液吸附行为和罗丹明B的实际处理应用提供理论依据.

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Tu-1901紫外-可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）；AVATAR360傅立叶变换红外光谱仪（天津市港东科技发展有限公司）.

D301R弱碱性阴离子交换树脂购自天津南开大学，使用前用二次蒸馏水洗净，并于323K下干燥24 h后使用；罗丹明B、硫酸氢钠和氢氧化钠均为分析纯试剂（广州化学试剂厂）；实验用水为二次蒸馏水.

1.2 吸附行为的测量

1.2.1 可见光谱

在室温下，准确称取一定量的树脂于具塞锥形瓶中，加入一定浓度的罗丹明B溶液，每隔一定时间取样，测定不同时间溶液的可见吸收光谱.

1.2.2 红外光谱

在室温下，准确称取一定量的树脂于具塞锥形瓶中，加入一定浓度的罗丹明B溶液，吸附2 h后，将树脂分离，自然晾干，然后测其红外光谱.

1.3 吸附动力学

准确称取一定量的树脂（1.5g）于具塞锥形瓶中，加入一定浓度的罗丹明B（24mg·L-1）溶液250 mL，恒温震荡，每隔一定时间取样，用紫外-可见分光光度计测定溶液中罗丹明B的浓度，确定到达吸附平衡的时间.根据式（1）计算其吸附量：

式中：qt为t时刻的吸附容量（mg·g-1）；c0和ct分别为吸附前和t时刻溶液中罗丹明B的浓度（mg· L-1）；V为吸附液体积（L）；W为吸附剂用量（g）.

2 结果与讨论

2.1 吸附行为的可见光谱和红外光谱表征

图1是室温下，于250 mL一定浓度的罗丹明B水溶液中加入一定量的D301R树脂后不同吸附时间的可见吸收光谱.从图1可以看出，罗丹明B在546 nm处有很强的吸收带，吸收强度随吸附时间的增加不断降低，表明溶液中的罗丹明B被树脂吸附而浓度不断降低.

图2是罗丹明B吸附前后D301R树脂的红外光谱.从图中可以看到，吸附罗丹明B后在D301R树脂上出现了罗丹明B特有的红外光谱吸收峰.因此红外谱图进一步证实溶液中的罗丹明B已被吸附在D301R树脂上，与可见光谱的结果一致.

2.2 吸附动力学

图3是水溶液中不同温度下罗丹明B吸附的动力学曲线.从图3可以看到，在吸附的初始阶段，罗丹明B的浓度迅速下降，随后逐渐趋于平稳，表明开始时，溶液中罗丹明B的浓度较高，吸附速率较快.随着吸附的进行，溶液中罗丹明B的浓度降低，吸附速率变慢，到达吸附平衡的时间为20 h.

通常用于描述吸附动力学方程的数学模型有Lagergren准一级动力学方程（见式（2））和HO准二级动力学方程（见式（3））［18］.

式中：k1为准一级吸附的速率常数（min-1）；k2为准二级吸附的速率常数（g·mg-1·min-1）；t为吸附反应时间（min）；qt和qe分别为t时刻时吸附平衡时的吸附容量（mg·g-1）.

对实验数据分别进行Lagergren准一级动力学拟合和HO准二级动力学拟合，结果表明，按二级动力学模型拟合能得到很好的线性关系（见图3）.因此，吸附是准二级动力学过程，相应的动力学方程和参数列于表1中.

表1 罗丹明B吸附的准二级动力学参数Tab.1 Pseudo-second-order kinetic parameters for RhoB adsorption onto D301R

由表1可知，温度升高，罗丹明B在D301R树脂上吸附的准二级速率常数增大.温度对吸附过程的影响可以用阿累尼乌斯方程来描述，其表达式见式（4）：

其中k为吸附速率常数，Ea为吸附活化能.以ln k对1/T作图（图4），可求出吸附反应的活化能Ea为11.54 kJ·mol-1［19］.

3 结论

D301R树脂对罗丹明B吸附的动力学研究表明，吸附动力学符合表面过程控制的准二级反应模型，其速率常数在303K时为6.09×10-3g·mg-1· min-1，并随温度的升高而升高，吸附活化能为11.54kJ·mol-1.

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责任编辑：毕和平

Research of Adsorption K inetics of RhodaMine B onto D301R Resin

HUANG Yonglong，Liu Suning，WANG Chongtai，HE Mengxiong，HUA Yingjie*（College of Chemistry and Chemical Engineering，Hainan Normal University，Haikou 571158，China）

The adsorption properties of the D301R resin towards Rhodamine B were investigated in details.The adsorption kinetic curves were determined at different temperature.The adsorption kinetics follows the pseudo-secondorder model controlled by a surface process.The rate constant k2is 6.09×10-3g·mg-1·min-1at 303K，which increased with the increase of temperature.The activation energy of adsorption is 11.54 kJ·mol-1.

D301R resin；Rhodamine B；adsorption kinetics

O 647.32

A

1674-4942（2010）03-0283-04

2010-03-02

海南省重点科技项目（080305；No.090803）；吉林省科技发展计划项目（20090595）；海南师范大学大学生创新性实验计划项目（CXSY0926）

*通讯作者