全 文 ：第 36 卷第 5 期
2016 年 5 月
环 境 科 学 学 报
Acta Scientiae Circumstantiae
Vol． 36，No． 5
May，2016
基金项目:浙江省科技厅公益项目(No． 2013C33005) ;浙江省海洋经济创新发展区域示范成果转化及产业化项目(No． 2015-83)
Supported by the Public Welfare Project of Science and Technology Committee of Zhejiang Province(No． 2013C33005)and the Innovation and
Development of Marine Economy Demonstration and Industrialization Project of Zhejiang Province (No． 2015-83)
作者简介:曾淦宁(1977—) ，男，副教授(博士) ;* 通讯作者(责任作者)，E-mail:gnzeng@ zjut． edu． cn
Biography:ZENG Ganning(1977—) ，male，associate professor(Ph． D．) ;* Corresponding author，E-mail:gnzeng@ zjut． edu． cn
DOI:10． 13671 / j． hjkxxb． 2015． 0643
曾淦宁，吴勇，柳慧敏，等． 2016．铜藻基载铁活性炭的制备及其对亚甲基蓝的吸附特性研究［J］．环境科学学报，36(5) :1655-1662
Zeng G N，Wu Y，Liu H M，et al． 2016． Preparation of Sargassum Horneri based activated carbon coated with iron oxide and its adsorptive properties for
methylene blue［J］． Acta Scientiae Circumstantiae，36(5) :1655-1662
铜藻基载铁活性炭的制备及其对亚甲基蓝的吸附特
性研究
曾淦宁1，* ，吴勇1，柳慧敏1，杨刚胜2，屠美玲2，张鹏3，艾宁2
1． 浙江工业大学海洋学院，杭州 310014
2． 浙江工业大学化学工程学院，杭州 310014
3． 浙江省海洋水产养殖研究所，温州 325005
收稿日期:2015-07-08 修回日期:2015-09-06 录用日期:2015-09-06
摘要:以一种大型海藻———铜藻为原料，FeCl3·6H2O为活化剂，采用超声浸渍-原位合成法制备了铜藻基载铁活性炭(Fe /SAC) ，并以活性炭得
率和亚甲基蓝吸附值为指标，通过正交法考察了活化温度、活化时间和浸渍比的影响．同时，采用 X 射线衍射、扫描电镜和比表面积分析仪对
最优结果进行表征，并考察了 Fe /SAC吸附亚甲基蓝的热力学与动力学特性．结果表明，Fe /SAC的最优制备工艺条件为活化温度 600 ℃、活化
时间 1 h、浸渍比 1∶ 1，此时的活性炭得率为 39． 5%，亚甲基蓝吸附值为 255． 67 mg·g － 1;最优工艺条件下制得的 Fe /SAC比表面积为 558． 31 m2
·g － 1，其负载的铁组分主要为 Fe3O4和 FeO;亚甲基蓝在 Fe /SAC上的吸附过程符合准二级动力学模型，Langmuir等温吸附模型能够很好地描
述吸附平衡过程，该吸附是熵增加的自发吸热(ΔS ＞ 0、ΔG ＜ 0、ΔH ＞ 0)过程，升温有利于吸附．
关键词:铜藻;原位合成法;载铁活性炭;亚甲基蓝;吸附
文章编号:0253-2468(2016)05-1655-08 中图分类号:X703 文献标识码:A
Preparation of Sargassum Horneri based activated carbon coated with iron oxide
and its adsorptive properties for methylene blue
ZENG Ganning1，* ，WU Yong1，LIU Huimin1，YANG Gangsheng2，TU Meiling2，ZHANG Peng3，AI Ning2
1． Ocean College，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310014
2． College of Chemical Engineering，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310014
3． Zhejiang Mariculture Ｒesearch Institute，Wenzhou 325005
Ｒeceived 8 July 2015; received in revised form 6 September 2015; accepted 6 September 2015
Abstract:Sargassum Horneri based activated carbon coated with iron oxide (Fe /SAC)was prepared by ultrasonic immersing and in-situ synthesis method
using S． Horneri as a raw material and ferric chloride hexahydrate as activating agent． Effects of activation temperature，time and impregnation ratio on the
yield and the adsorption of methylene blue (MB)on Fe /SAC were investigated by using orthogonal experiments． The Fe /SAC was characterized with X-
ray diffraction，scanning electron microscopy and surface area analyzer． Furthermore，the kinetics，equilibrium and thermodynamics of MB adsorption onto
Fe /SAC were studied． The results indicate that the Fe /SAC yield，MB adsorption，and specific surface area could reach 39． 5%，255． 67 mg·g － 1 and
558． 31 m2·g － 1 under the optimal condition with activation temperature of 600 ℃，1 h of activation time and impregnation ratio of 1 ∶ 1． The results also
show that the main components on Fe /SAC are Fe3O4 and FeO． The pseudo-second-order equation could describe the adsorption kinetics well，and the
Langmuir model provided the best correlation of the equilibrium data． Calculation of ΔG0，ΔH0 and ΔS0 indicates that the adsorption of MB onto Fe /SAC
was an entropy increasing，spontaneous and endothermic process，which was promoted by increasing process temperature．
Keywords:Sargassum Horneri;in-situ synthesis;iron supported activated carbon;methylene blue;adsorption
环 境 科 学 学 报 36 卷
1 引言(Introduction)
染料废水具有“三高一低”的特点(高 COD、高
色度、高含盐量、低 BOD5 /COD) ，且染料抗光解、抗
氧化性强，难生物降解，具有致癌、致畸、致突变作
用，是废水治理的难点、热点之一(Ali et al．，2009;
Xu et al．，2010)． 2013 年我国染料产量为 89． 5 万 t，
同比增长 7． 5%，占世界总产量的 60%左右，是世界
上染料废水处理压力最大的国家．
吸附法工艺设备简单、易操作、成本低廉，是染
料废水领域最常见的处理技术(Ｒafatullah et al．，
2010)．活性炭是最常使用的一种吸附剂，具有比表
面积大、孔隙结构发达、化学性质稳定等优点． 但活
性炭的吸附性能不仅取决于其孔隙结构，更取决于
其表面化学性质(Dias et al．，2007)．不同原料和制
备方法制得的活性炭，其孔隙结构和表面化学性质
相差较大，从而造成了对不同吸附质的吸附性能有
较大差别(Pereira et al．，2014;Kl et al．，2012)．
研究表明，通过铁盐改性在活性炭上负载一定量的
铁及其氧化物颗粒，可提高活性炭对某些重金属和
有机物的吸附性能(Zhang et al．，2007;Goncalves
et al．，2013;曾淦宁等，2015)． 载铁活性炭的制备
一般分两步完成，即先以 ZnCl2、KOH 或 H3PO4等化
学试剂为活化剂制备活性炭，然后以不同铁盐为铁
源采用不同方法进行负载． 如谢明等(2011)、黄红
梅等(2013)以 Fe(NO3)3为负载铁源，分别通过浸
渍-焙烧法和浸渍-微波法制备了用于吸附有机物的
载铁活性炭，并表现出了较优的吸附性能． 同样是
过渡金属盐，FeCl3与 ZnCl2具有相似的化学结构，尽
管与 ZnCl2相比其侵蚀和脱水作用相对较弱，但
FeCl3具有廉价易得、污染小等优势，Fe
3 +半径小于
Zn2 +半径，以 FeCl3为活化剂可以制得孔径更小的活
性炭材料 (Almansa et al．，2004;Oliveira et al．，
2009)．近年来，国际上开始有研究将 FeCl3等铁盐
用作活性炭制备活化剂(Theydan et al．，2012;Fu
et al．，2014)．但研究者们只是以 FeCl3等铁盐为活
化剂制备了活性炭，而很少研究活性炭上负载铁组
分特殊的吸附和催化作用． 因此，以氯化铁盐为活
化剂一步法制备载铁活性炭并将其用于有机染料
的去除不仅简化了其制备工艺，还拓展了其应用领
域，具有积极的意义．
本研究选取浙南大型海藻———铜藻为原料，以
FeCl3·6H2O为活化剂，采用超声浸渍-原位合成法直
接制备负载铁氧化物的铜藻基活性炭． 同时，以有
机染料亚甲基蓝为吸附对象，研究铜藻基载铁活性
炭吸附亚甲基蓝过程的动力学及热力学特征，以期
为铜藻基载铁活性炭处理有机染料废水提供理论
依据．
2 材料与方法(Materials and methods)
2． 1 实验材料
铜藻取自浙江温州南麂海域，其 C、H、O、N和 S
元素含量分别为 29． 12%、3． 83%、62． 94%、2．
96%、1． 47%(曾淦宁等，2013)． 首先用去离子水多
次洗涤，去除表面盐分和杂质，然后置于红外干燥
箱中干燥 24 h，最后将干燥的铜藻粉碎，过 80 目筛．
氯化铁(FeCl3·6H2O，AＲ)、亚甲基蓝(指示剂)、盐酸
(HCl，AＲ)，实验用水为自制去离子水．
2． 2 实验方法
2． 2． 1 正交法制备铜藻基载铁活性炭(Fe /SAC)
按一定浸渍比(m(氯化铁)/m(铜藻)= 1∶ 1、1． 5 ∶ 1、
2 ∶ 1)称取 25． 00 g 过 80 目筛的铜藻粉和相应质量
的 FeCl3·6H2O 溶于一定体积去离子水中，室温下，
超声浸渍 2 h;将样品放入真空管式炉中，在 N2保护
下，以 10 ℃·min －1的速率升温至活化温度(500、
600、700 ℃)，活化一定时间(1、2、3 h)．待样品冷却
至室温后，用 0． 1 mol·L －1 HCl 浸渍 12 h，抽滤并用
60 ℃去离子水洗涤至中性，最后将洗净的样品放入
真空干燥箱中 105 ℃下干燥 24 h．
2． 2． 2 Fe /SAC 的分析及表征 原位合成法制备
Fe /SAC得率的计算公式如下:
η =
m1
m0
× 100% (1)
式中，m0为铜藻粉质量(g) ，m1为制得的 Fe /SAC 质
量(g)．
Fe /SAC 亚甲基蓝吸附值按 GB /T12496． 10—
1999《木质活性炭试验方法亚甲基蓝吸附值的测
定》测定． Fe /SAC 比表面积和孔径分布采用 3H-
2000PS1 型比表面积分析仪(贝士德仪器科技有限
公司，北京)测定，测定前样品经过 200 ℃真空脱气
处理 180 min． 样品的表面形态和尺寸用 HitachiS-
4700 扫描电子显微镜检测(Hitachi 公司，日本)． 样
品相组成采用 X’Pert PＲO 型 X 射线衍射仪
(PNAlytical公司，荷兰)测定，X 射线源为 Cu 靶 Kα
射线，检测条件为管电压 40 kV、管电流 40 mA，扫描
范围(2θ)为 10° ～ 80°．
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5 期 曾淦宁等:铜藻基载铁活性炭的制备及其对亚甲基蓝的吸附特性研究
2． 2． 3 吸附平衡试验 准确称取多份 0． 1000 g
Fe /SAC，放入 250 mL 锥形瓶中，然后加入 100 mL
质量浓度分别为 150、200、250、300、350、400、450 mg
·L －1的亚甲基蓝溶液，将锥形瓶放入水浴恒温摇床
中，控制转速为 150 r·min －1，分别测定温度为 293、
303、313 K时的吸附平衡浓度，每组实验平行 3 组．
浓度的测定采用标准曲线 －紫外可见分光光度法，
波长为 665 nm，t时刻吸附量 qt和平衡吸附量 qe计
算公式为:
qt =
C0 － C( )t V
m (2)
qe =
C0 － C( )e V
m (3)
式中，qt、qe分别为 t 时刻和吸附平衡时 Fe /SAC 对
亚甲基蓝的单位吸附量(mg·g －1) ;C0为亚甲基蓝溶
液初始浓度(mg·L －1) ;Ct、Ce分别为 t 时刻和吸附
平衡时亚甲基蓝溶液的浓度(mg·L －1) ;V 为溶液体
积(L) ;m为 Fe /SAC用量(g)．
2． 2． 4 吸附动力学实验 量取 100 mL一定质量浓
度(200、300、400 mg·L －1)的亚甲基蓝溶液于 250
mL碘量瓶中，溶液 pH 为自然条件下的值，加入
0． 1000 g Fe /SAC，置于转速 150 r·min －1、温度 30 ℃
的水浴恒温摇床中振荡吸附，每隔一定时间取一次
样，直到吸附平衡． 采用紫外分光光度计测量吸光
度，计算浓度和单位吸附量，每组实验平行 3 组．
3 结果与讨论(Ｒesults and discussion)
3． 1 Fe /SAC最优制备工艺条件的确定
已有研究表明，活化剂、浸渍比、活化温度和活
化时间是化学活化法制备活性炭过程的关键因素，
其共同作用决定了制得的铜藻基活性炭性能的优
劣(周鸿艳，2013)．在此基础上，本文以 FeCl3·6H2O
为活化剂，选取浸渍比(m(氯化铁)/m(铜藻) )、活
化温度和活化时间 3 个因素作为正交试验的考察对
象，每个因素考察 3 个水平，以活性炭得率和亚甲基
蓝吸附值为指标，建立三因素三水平正交实验，采
用 L9(3
4)正交表对 Fe /SAC 制备工艺进行优化，具
体工艺条件见表 1，正交试验结果见表 2，极差分析
见表 3．
由表 2 可以看出，以 FeCl3·6H2O 为活化剂制备
Fe /SAC，初选优化工艺条件试验中，以活性炭得率、
亚甲基蓝吸附值作为考察指标，最优工艺条件均为
A2B3C1 ．
表 1 Fe /SAC正交试验因素水平表
Table 1 Factors and levels of orthogonal tests of Fe /SAC
水平编号
各因素取值
活化温度
A / ℃
活化时间
B /h 浸渍比
C
1 500 3 1∶ 1
2 600 2 1． 5 ∶ 1
3 700 1 2∶ 1
表 2 Fe /SAC正交试验结果
Table 2 Ｒesults of orthogonal tests of Fe /SAC
编号 因素水平 活性炭得率
亚甲基蓝吸
附值 /(mg·g － 1)
1 A1B1C1 34． 9% 155． 16
2 A1B2C2 37． 4% 85． 40
3 A1B3C3 37． 9% 178． 17
4 A2B1C2 38． 3% 69． 65
5 A2B2C3 37． 0% 209． 90
6 A2B3C1 39． 5% 255． 67
7 A3B1C3 33． 0% 170． 66
8 A3B2C1 33． 2% 227． 34
9 A3B3C2 31． 7% 220． 55
由表 3 可以看出，对于不同的指标，不同因素的
影响程度是不一样的，对应的优方案也是不同的．
对 Fe /SAC得率，因素主次顺序为 A ＞ B ＞ C;对亚甲
基蓝吸附值，因素主次顺序为 C ＞ B ＞ A． 本文通过
综合平衡法可以得到最优工艺条件．因素 A:其对活
性炭得率影响最大，为最主要因素，此时取 A2最优;
对亚甲基蓝吸附值指标，取 A3最优，但此指标下因
素 A极差最小，为末位次要因素，故因素 A取 A2．因
素 B:对于两个指标，都是取 B3最优，故因素 B 取
B3 ．因素 C:对活性炭得率指标为末位次要因素，取
C3最优;而对亚甲基蓝吸附值指标为主要因素，取
C1最优，故因素 C 取 C1 ．通过综合平衡法得到的优
方案与初选工艺条件试验一致，最优工艺条件为 A2
B3C1，即活化温度 600 ℃、活化时间 1 h、浸渍比 1 ∶
1，此条件下制得的 Fe /SAC 得率为 39． 5%，亚甲基
蓝吸附值为 255． 67 mg·g －1，与周鸿艳(2013)以
ZnCl2为活化剂制得的铜藻基活性炭相比，亚甲基蓝
吸附值提高了约 42% ．
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环 境 科 学 学 报 36 卷
表 3 铜藻基载铁活性炭正交试验结果极差分析
Table 3 Analysis of orthogonal tests of Fe /SAC
因素
活性炭得率 亚甲基蓝吸附值 /(mg·g － 1)
k1 k2 k3 极差 Ｒ 因素主次 优方案 k1 k2 k3 极差 Ｒ 因素主次 优方案
A 36． 73% 38． 27% 32． 63% 5． 63% 139． 577 178． 407 206． 183 66． 606
B 35． 40% 35． 87% 36． 37% 0． 97% A ＞ B ＞ C A2B3C3 131． 823 174． 213 218． 13 86． 307 C ＞ B ＞ A A3B3C1
C 35． 87% 35． 80% 35． 97% 0． 17% 212． 723 125． 2 186． 243 87． 523
3． 2 铜藻基载铁活性炭的表征
3． 2． 1 比表面积及孔结构 Fe /SAC 在 77 K 下的
N2吸脱附等温线如图 1 所示，根据国际纯理论与化
学联合会(IUPAC)的分类，该吸附等温线为Ⅱ型等
温线，同时存在 H3 型滞后环，表明 Fe /SAC 中具有
片状颗粒堆积的裂缝型孔结构，小孔和大孔都以两
端开放形式存在(Wang et al．，2012)． 计算得到的
BET比表面积及孔结构参数见表 4．
图 1 Fe /SAC吸脱附曲线及孔径分布
Fig． 1 Adsorption-desorption isotherm and pore size distribution of
Fe /SAC
表 4 Fe /SAC比表面积和孔结构参数
Table 4 Specific surface areas and pore structure parameters of Fe /SAC
比表面积 /
(m2·g － 1)
总孔容 /
(cm3·g － 1)
微孔孔容 /
(cm3·g － 1)
平均孔径 /
nm
558． 31 0． 8638 0． 2817 7． 70
3． 2． 2 扫描电镜和 X 射线衍射分析 Fe /SAC 扫
描电镜分析结果如图 2 所示，从图中可以看出，Fe /
SAC具有明显的表面形貌，孔隙结构丰富． 同时，铁
组分以细小的铁氧化物颗粒形态负载在 Fe /SAC 外
表面及孔道内表面，依靠强结合力形成了热力学稳
定的复合吸附材料． X射线衍射分析表明(图 3)，负
载在 Fe /SAC上的铁氧化物为 Fe3O4和 FeO，其特征
衍射峰分别出现在2θ为30． 000°、36． 350°、42． 978°、56．
862°、62． 448° 处和 36． 222°、42． 073°、61． 224°处．
图 2 Fe /SAC扫描电镜图
Fig． 2 SEM images of Fe /SAC
图 3 Fe /SAC的 X射线衍射图
Fig． 3 XＲD pattern of Fe /SAC
3． 3 吸附动力学
采用 Lagergren准一级动力学模型(4)、准二级
动力学模型(5)及颗粒内扩散模型(6)对 Fe /SAC
吸附亚甲基蓝的过程进行动力学模拟，其积分表达
式分别为:
log qe － q( )t = logqe －
k1
2． 303 (4)
t
qt
= 1
k2 q
2
e
+ 1qe
t (5)
qt = kd t
1 /2 + C (6)
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5 期 曾淦宁等:铜藻基载铁活性炭的制备及其对亚甲基蓝的吸附特性研究
式中，t为吸附时间(min) ;qt、qe为 t 时刻和吸附平
衡时的吸附量(mg·g －1) ;k1为 Lagergren准一级动力
学速率常数(min －1) ;k2为准二级动力学速率常数
(g·mg －1·min －1) ;kd 为颗粒内 扩 散 速 率 常 数
(g·mg －1·min －1 /2) ;C为截距，与边界层厚度有关．
30 ℃、自然 pH下，Fe /SAC对不同初始浓度
图 4 30 ℃下 Fe /SAC吸附亚甲基蓝动态曲线
Fig． 4 Kinetics curve of MB adsorption onto Fe /SAC at 30 ℃
(200、300、400 mg·L －1)亚甲基蓝溶液的吸附动态
曲线如图 4 所示．当初始浓度从 200 mg·L －1上升至
400 mg·L －1，Fe /SAC 对亚甲基蓝吸附值不断增加，
且表现出了相近的吸附动力学行为． 前 60 min 内，
吸附量随着时间增加急剧增大;60 ～ 120 min 内，吸
附量随时间增加缓慢增大;120 min 后，吸附趋于平
缓，吸附量基本不再增大．初始浓度为 200、300、400
mg·L －1时，实验测得平衡吸附量分别为 165． 39、
200． 42、215． 27 mg·g －1 ．
采用准一级动力学模型、准二级动力学模型对
上述 Fe /SAC吸附亚甲基蓝过程进行拟合，拟合曲
线如图 5 所示，动力学模型相关参数见表 5．结果表
明，所有浓度下准二级动力学模型拟合曲线都具有
较好的线性，Ｒ2均大于 0． 999，且平衡吸附量的计算
值与实验值吻合良好，表明亚甲基蓝在 Fe /SAC 上
的吸附是以化学吸附占主导的吸附． 随着亚甲基蓝
初始浓度的增大，准二级动力学初始吸附速率 h
(h = k2q
2
e)也随之增大，这是因为较大的初始浓度提
高了传质推动力，从而加快了亚甲基蓝分子从液相
主体向吸附剂表面的扩散速度．
图 5 Fe /SAC吸附亚甲基蓝动力学模型拟合曲线
Fig． 5 Linear kinetic plots of MB adsorption onto Fe /SAC
表 5 Fe /SAC吸附亚甲基蓝动力学参数
Table 5 Kinetics parameters for the MB adsorption onto Fe /SAC
C0 /
(mg·L －1)
qe，exp /
(mg·g － 1)
准一级动力学模型 准二级动力学模型
qe，cal /
(mg·g － 1)
k1 /min － 1 Ｒ2
qe，cal /
(mg·g － 1)
k2 /
(g·mg －1·min －1)
Ｒ2
200 165． 39 42． 72 1． 280 × 10 －2 0． 8823 168． 35 8． 028 × 10 －4 0． 9998
300 200． 42 47． 44 1． 158 × 10 －2 0． 8432 202． 84 7． 216 × 10 －4 0． 9998
400 215． 27 49． 86 1． 405 × 10 －2 0． 7727 219． 78 6． 642 × 10 －4 0． 9997
颗粒内扩散模型中，如果拟合结果为一条直线
且直线通过原点，则说明内扩散是控制吸附过程唯
一的限速步骤，否则吸附过程受其它吸附阶段的共
同控制(Mahmoud et al．，2012)．将 qt与 t
1 /2数据分段
9561
环 境 科 学 学 报 36 卷
拟合，拟合曲线如图 6 所示，亚甲基蓝在 Fe /SAC 上
的吸附明显地可分为连续的 3 个阶段:第一阶段为
快速吸附阶段，主要是液相主体中的亚甲基蓝分子
向固体吸附剂表面扩散;第二阶段为慢速吸附阶
段，是亚甲基蓝分子在 Fe /SAC 颗粒内部扩散并被
迅速吸附过程;第三阶段为吸附平衡阶段，吸附趋
于饱和．
图 6 Fe /SAC吸附亚甲基蓝颗粒内扩散模型拟合曲线
Fig． 6 The curve fitting of MB adsorption onto Fe /SAC with The
intraparticle diffusion model
3． 4 吸附等温线
采用 Langmuir和 Frendlich 等温吸附方程对不
同温度下 Fe /SAC吸附亚甲基蓝的吸附平衡数据进
行拟合，其表达式分别为方程(7)和方程(8)．
Ce
qe
=
Ce
qm
+ 1qmb
(7)
lnqe = lnKF +
1
n lnCe (8)
式中，qe、qm分别为吸附平衡时和吸附饱和时的吸附
量(mg·g －1) ;Ce为吸附平衡时溶液中亚甲基蓝浓度
(mg·L －1) ;b、KF分别为 Langmuir 常数和 Frendlich
常数．
不同温度下 Fe /SAC对亚甲基蓝的吸附等温线
见图 7，Langmuir 和 Frendlich 等温吸附方程拟合得
到的相关参数见表 6． 从表 6 中数据可以看出，
Langmuir模型拟合曲线的 Ｒ2值明显优于 Frendlich
模型拟合曲线的值，这说明 Fe /SAC 对亚甲基蓝的
吸附更符合 Langmuir 模型，可以认为亚甲基蓝在
Fe /SAC 上的吸附以单分子层吸附为主． 计算得到
293、303 和 313 K 3 个温度下的饱和吸附量分别为
207． 90、224． 22 和 268． 10 mg·g －1，饱和吸附量随着
温度上升而增加．此外，Langmuir吸附等温线特性可
由无量纲的分离因子 ＲL表示，根据式(9)计算得到
本实验中不同温度下分离因子均满足 1 ＞ ＲL ＞ 0，表
明亚甲基蓝在 Fe /SAC 上的吸附为有利吸附
(Hameed et al．，2007)．
ＲL =
1
1 + b C0
(9)
式中，b为 Langmuir 常数(L·mg －1) ;C0为亚甲基蓝
溶液初始浓度(mg·L －1)．
图 7 不同温度下 Fe /SAC对亚甲基蓝的吸附等温线
Fig． 7 Adsorption isotherm of MB onto Fe /SAC at different
temperature
表 6 Fe /SAC吸附亚甲基蓝等温线参数
Table 6 Parameters of isotherm for the MB adsorption onto Fe /SAC
T /K
Langmuir模型 Freundlich模型
qmax /
(mg·g － 1)
b /(L·mg －1) Ｒ2
KF /
(mg1 － 1 /n·L1 / n·g － 1)
1 /n Ｒ2
293 207． 90 0． 1039 0． 9985 100． 96 0． 1292 0． 9106
303 224． 22 0． 1281 0． 9982 114． 21 0． 1228 0． 8960
313 268． 10 0． 1773 0． 9985 134． 69 0． 1327 0． 9284
0661
5 期 曾淦宁等:铜藻基载铁活性炭的制备及其对亚甲基蓝的吸附特性研究
3． 5 吸附热力学
吉布斯自由能变 ΔG 由式(10)计算求得，根据
式(11)焓变 ΔH 和熵变 ΔS 由 lnK0 － 1 /T 拟合曲线
的斜率和截距计算求得，K0为吸附平衡常数，表达
式如(12)所示．
ΔG = － ＲTln K0 (10)
ln K0 = －
ΔH
ＲT +
ΔS
Ｒ (11)
K0 =
qe
Ce
(12)
式中，Ｒ 为理想气体常数，取值为 8． 314 J·mol －1·
K －1;T为绝对温度(K)．
不同温度下亚甲基蓝在 Fe /SAC 上吸附过程的
ΔG、ΔH和 ΔS计算结果见表 7． ΔH为正值表明该吸
附为吸热过程，ΔG 均为负值且随着温度增高而降
低，说明 Fe /SAC 吸附亚甲基蓝是自发进行的，ΔH
和 ΔG的计算结果都表明了升温有利于吸附，这与
前述 Langmuir等温吸附模型拟合的饱和吸附量随
着温度的增加而增加的结果一致． 熵变 ΔS 为正值
说明吸附过程中固液界面的混乱度增加，这是因为
在 Fe /SAC吸附亚甲基蓝的过程中同时存在溶剂的
解吸(Wang，2012)．
表 7 Fe /SAC吸附亚甲基蓝热力学参数
Table 7 Thermodynamics parameters of MB adsorption onto Fe /SAC
T /K ΔG /(kJ·mol － 1) ΔH /(kJ·mol － 1)ΔS /(J·mol － 1·K －1)
293 － 4． 27
303 － 4． 94 20． 32 83． 73
313 － 5． 95
4 结论(Conclusions)
1)以铜藻为原料，FeCl3·6H2 O 为活化剂，超声
浸渍-原位合成法制备 Fe /SAC 的最佳工艺条件为:
活化温度 600 ℃、活化时间 1 h、浸渍比 1 ∶ 1，此时的
得率为 39． 5%，亚甲基蓝吸附值较 ZnCl2铜藻基活
性炭提高了约 42% ． 该条件下成功制备了负载有
Fe3O4和 FeO的磁性 Fe /SAC复合材料，比表面积为
558． 31 m2·g －1，平均孔径为 7． 7 nm．
2)准二级动力学模型能够很好地模拟亚甲基
蓝在 Fe /SAC上的吸附动力学过程，亚甲基蓝在 Fe /
SAC上的吸附以化学吸附占主导;颗粒内扩散拟合
结果表明，该吸附过程由多个吸附阶段共同控制．
3)Langmuir模型适于描述亚甲基蓝在 Fe /SAC
上的吸附平衡过程，在 313 K 下饱和吸附量可达到
268． 10 mg·g －1 ．热力学分析表明，该吸附过程是熵
增加的自发吸热过程，升温有利于吸附．
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