海藻酸钠聚乙烯醇交联活性炭微球对亚甲基蓝的吸附模型研究

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本文选用粉末活性炭(PAC)、海藻酸钠(SA)和聚乙烯醇(PVA)共混改性制备的包埋活性炭微球(PSA),并以PAC和PSA作为吸附材料,研究了对水溶液中亚甲基蓝(MB)的吸附特征,并分析了吸附机理。对吸附剂进行了表征,包括等电点(pHpzc)、红外光谱(FTIR)、比表面积(BET)等,在此基础上,设计了两级吸附模型及误差分析的方法。
  首先研究了PAC对MB的吸附等温线和动力学,并拟合实验的等温线及动力学结果。293K时对MB的吸附量达到410mg/g,Langmuir模型及准二级动力学模型对实验结果的拟合程度较高,通过分析拟合参数推测该实验可能是由化学吸附主导的均匀表面的单分子层吸附。在等温线及动力学模型基础之上建立两级吸附模型并模拟分批投料的吸附过程,模拟数据表明在293K、303K及313K下两次投料比在3∶1至4∶1之间时,可以使溶液去除率达到最大。并对此结果进行了实验验证,发现实验结果基本符合模型预测。
  通过离子交换及络合交联使得海藻酸钙和PVA形成双网格水凝胶活性炭微球。同时对PSA吸附MB实验进行了一系列的静态和动态吸附研究。其结果表明,溶液pH对MB的吸附影响较较小,离子强度对吸附基本没有影响,293K对MB的吸附量达到333mg/g。Koble-Corrigan和Temkin模型适合描述PSA吸附MB的过程,吸附动力学符合Elovich和准二级动力学模型。动态吸附实验表明,吸附柱穿透过程中PSA吸附MB的过程符合Yan模型可能由扩散作用主导,热力学结果表明该吸附是自发、吸热、熵增的物理化学过程。两级吸附模型模拟表明分两批吸附可以有效节省吸附剂用量,提高吸附效率。
  提出了一种根据多种误差进行对实验结果非线性拟合的算法,并结合误差归一化对PSA吸附MB的Langmuir等温线拟合参数和准二级动力学拟合参数进行了误差分析,发现基于HYBRID最小的拟合参数在Langmuir模型拟合中归一化误差SNE最小,而准二级动力学中基于SSE最小的拟合参数可以同时满足多个误差最小。利用该方法可以对多种不同吸附模型进行基于不同误差的非线性拟合及更加综合全面的误差分析。
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