全 文 ：第 8 卷 第 9 期 环 境 工 程 学 报 Vol ． 8，No ． 9
2 0 1 4 年 9 月 Chinese Journal of Environmental Engineering Sep ． 2 0 1 4
花生壳活性炭对水溶液中 Cr(Ⅵ)的吸附性能
李章良 崔芳芳 杨茜麟 赫三毛 涂林昌 李佳议
(莆田学院环境与生物工程学院，生态环境及其信息图谱福建省高等学校重点实验室，莆田 351100)
摘 要 为提高花生壳对 Cr(Ⅵ)的吸附性能，采用 ZnCl2 对花生壳进行改性，制得花生壳活性炭。通过批次吸附实
验，考察了花生壳活性炭投加量、pH值、吸附时间等因素对 Cr(Ⅵ)的吸附性能影响，同时，对吸附动力学、等温吸附特征和
热力学进行了系统研究。结果表明，当吸附剂投加量为 0. 2 g时，在 Cr(VI)初始浓度为 20 mg /L、pH值为 2. 0 条件下，吸附
反应 180 min后，花生壳活性炭对 Cr(Ⅵ)的吸附率可维持在 94. 13%以上。吸附过程符合准二级动力学方程和 Langmuir等
温吸附模型;由吸附热力学方程计算得到吸附焓变(ΔH)＞ 0，吸附自由能变(ΔG)＜ 0，吸附熵变(ΔS)＞ 0，表明花生壳活性
炭对 Cr(Ⅵ)的吸附过程是吸热和自发的。
关键词 Cr(Ⅵ) 花生壳活性炭 动力学 等温吸附 热力学
中图分类号 X703. 1;O647. 3 文献标识码 A 文章编号 1673-9108(2014)09-3778-07
Adsorption performance of Cr(Ⅵ)from aqueous
solution by peanut shell activated carbon
Li Zhangliang Cui Fangfang Yang Qianlin He Sanmao Tu Linchang Li Jiayi
(Key Laboratory of Ecological Environment and Information Atlas，Fujian Provincial University，School of
Environmental and Biological Engineering，Putian University，Putian 351100，China)
Abstract In order to enhance the adsorption properties of Cr(Ⅵ)by peanut shell，the modification method
of peanut shell by ZnCl2 chemical activation was applied in this study． The influences of dosage，pH value and
adsorption time on adsorption properties of Cr(Ⅵ)were investigated by batch adsorption experiments． At the
same time，adsorption kinetics models，isotherm models and thermodynamics models of the adsorption process be-
tween peanut shell activated carbon and Cr(Ⅵ)were systematically studied． The results showed that the adsorp-
tion efficiency of Cr(Ⅵ)could reach above 94. 13% as the dosage was 0. 2 g，initial Cr(Ⅵ)concentration was
20 mg /L，pH value was 2. 0 and the adsorption time was 180 minutes． The adsorption process could be fitted very
well by the quasi-second order kinetics equation and Langmuir adsorption isotherms． The results of thermodynam-
ic analysis were as follows:enthalpy (ΔH)＞ 0，Gibbs free energy (ΔG)＜ 0，and entropy (ΔS)＞ 0，which sug-
gested that the adsorption of Cr(Ⅵ)on the peanut shell activated carbon was endothermic and spontaneous．
Key words Cr(Ⅵ);peanut shell activated carbon;kinetics;isothermal adsorption;thermodynamics
基金项目:福建省高校服务海西建设重点项目(2008HX05);福建省
大学生创新创业训练计划项目(CXCY1208)
收稿日期:2013 － 10 － 31;修订日期:2013 － 12 － 27
作者简介:李章良(1975 ～)，男，副教授，主要从事环境污染控制的
研究工作。E-mail:lizhangliang@ sohu． com
在水环境中，Cr通常以 Cr(III)和 Cr(VI)形式
存在［1］。这 2 种氧化态 Cr具有截然不同化学、生物
和环境特性:Cr(III)为难溶态，而 Cr(VI)易被人体
吸收并在体内蓄积，其毒性强于 Cr(III)，是国际公
认致癌物，我国已把 Cr(VI)规定为实施总量控制的
指标之一［2］。因此，降低水体中 Cr含量就显得尤为
重要。对于含 Cr(VI)废液，目前工业上常用的处理
方法主要有化学沉淀法、离子交换法、电化学还原
法、蒸发回收法和吸附法等。其中吸附法因具有处
理效率高、易于操作、能耗低及不额外产生有毒副产
品等优点，是 Cr(VI)废液处理的重要方法［3］。因
此，寻求廉价、高效和易行的吸附剂具有重要意义。
在众多吸附剂中，活性炭作为多孔吸附材料具有丰
富孔隙结构和较大比表面积，有较强物理吸附和化
学吸附性能，在废水处理领域已得到了广泛应
用［4，5］。常用活性炭制备原料有煤炭、木材等［6-8］，
但因其来源有限或生长周期过长，导致活性炭生产
成本较高，不适合大规模应用。因而，迫切需要对农
林废弃物制备活性炭进行研究，这样做不但消除了
农林废弃物的环境污染风险，还实现了废物的资源
化利用。在这些研究中，微波辐照法因与传统马弗
炉、管式炉等加热法相比，具有升温速率快、控温精
确、能耗低、加热均匀，且所制得的活性炭孔径分布
第 9 期 李章良等:花生壳活性炭对水溶液中 Cr(Ⅵ)的吸附性能
更均匀、机械强度和吸附性能更好等优点［9-11］，将其
应用于活性炭制备，不仅可以降低活化时间，而且有
利于节能降耗，因此受到了广泛关注。
花生壳是我国一种量大的农业废弃物，年产花生
近 1 500万 t，每年副产花生壳约500万 t，除少量作为
粗饲料外，大量花生壳被烧掉或白白扔掉，造成了极
大浪费。近年来，花生壳开发利用已引起人们的重
视，将其用于废水处理方面的研究也有报道［12-15］。
本研究以花生壳为原料，ZnCl2 为活化剂，采用
微波加热法制备花生壳活性炭，用全自动比表面积
及孔隙分析仪、扫描电镜、傅里叶红外光谱仪和 X射
线衍射仪对花生壳活性炭进行表征，研究花生壳活性
炭对 Cr(Ⅵ)的吸附性能，同时对吸附动力学、等温吸
附特征和热力学进行了系统研究，以期为花生壳活性
炭在含 Cr(Ⅵ)废水处理中应用提供理论参考。
1 实验材料和方法
1. 1 试剂和仪器
试剂:重铬酸钾、盐酸、氢氧化钠、氯化锌和二苯
碳酰二肼等为分析纯，所有实验用水均为二次去离
子水。
仪器:pHS-25 型酸度计，上海精密科学仪器有
限公司;DHG-9246A 电热恒温鼓风干燥箱，上海精
宏实验设备有限公司;SHA-B 水浴恒温振荡器，上
海申胜生物技术公司;SEM-S4800 型扫描电镜，日立
公司;G70F23N1P-G5(W0)格兰仕微波炉，广东格兰
仕集团有限公司;UV-2550 型紫外-可见分光光度
计，日本岛津;TENSOＲ27 付里叶变换红外光谱仪，
德国布鲁克公司;DX-2000 型 X射线衍射仪，丹东方
圆仪器有限公司生产;Quadrasorb SI 全自动比表面
积及孔隙分析仪，美国康塔仪器公司。
1. 2 花生壳活性炭的制备
将花生壳用自来水洗净后，在 105℃烘箱中烘
干 24 h至恒重，经粉碎机粉碎后用尼龙筛筛分，取
粒径 d为 0. 45 ～ 0. 90 mm 花生壳筛分样，保存于广
口瓶中。按浸渍比 1∶ 1 将部分筛分样浸入质量浓度
为 25%活化剂 ZnCl2 溶液中充分浸泡 24 h(恒温摇
床，120 r /min，室温 25℃)，过滤，烘干。然后将烘干
的花生壳置于石英管中，在 N2 保护下置于微波炉中
(2. 45 GHz，700 W)微波活化 15 min。取出冷却后，
对辐照产品进行多次酸洗(10%盐酸煮沸 30 min)，
以回收 ZnCl2 和防止产品浸出液 Zn
2 +浓度超标，然
后用去离子水洗涤至 pH为中性，最后在 105℃下烘
干，再次筛分，取粒径 d ＞ 0. 2 mm 花生壳活性炭进
行实验。
1. 3 花生壳的结构表征
采用 Quadrasorb SI 全自动比表面积及孔隙分
析仪测定孔隙结构，样品在测试前均在 300℃下脱
气 2 h;利用 SEM － S4800 型扫描电镜观察花生壳的
表面形态;采用 TENSOＲ27 付里叶变换红外光谱仪
测定花生壳红外光谱，利用溴化钾压片法，扫描波数
为 1 000 ～ 4 000 cm －1;利用 DX-2000 型 X射线衍射
仪分析花生壳微晶结构(CuKα辐射，电压 40. 0 kV，
电流 30 mA，步长 0. 04°，扫描范围 7° ～ 60°)。
1. 4 花生壳活性炭对 Cr(Ⅵ)的静态吸附
准确移取 50 mL 一定质量浓度的 Cr(VI)溶液
于 150 mL 具塞锥形瓶中，用 0. 1 mol /L NaOH 或
HC1 调节溶液 pH 值至预定值后，加入一定量花生
壳活性炭作为吸附剂，将锥形瓶置于水浴恒温振荡
器中振荡(120 r /min)吸附一定时间，静置 20 min后
取上清液用 0. 45 μm 滤膜过滤。稀释滤液至适宜
浓度后采用二苯碳酰二肼分光光度法［2］测定滤液
中 Cr(Ⅵ)质量浓度，每个样品均做平行实验，取平
均值作为计算结果。按下式计算花生壳活性炭对
Cr(VI)静态吸附率 η、吸附量 qt 和平衡吸附量 qe。
η =
C0 － Ct
C0
× 100% (1)
qt =
(C0 － Ct)× V
m (2)
qe =
(C0 － Ce)× V
m (3)
式中:C0 是吸附质初始浓度，mg /L;Ct 是 t时刻吸附
质的浓度，mg /L;V是吸附质的体积，L;m 是吸附剂
的质量，g。
2 结果与分析
2. 1 活性炭的表征
2. 1. 1 孔隙结构分析
花生壳活性炭的吸附性能主要由其比表面积和
孔容量决定，其 SBET为 1 512 m
2 /g，总孔容 Vt 为
0. 958 cm3 /g，微孔孔容 Vm 为 0. 586 cm
3 /g，中孔孔
容 VH 为 0. 372 cm
3 /g，平均孔径 Dp 为 1. 86 nm，微
孔平均孔径 Dm 为 1. 07 nm。花生壳活性炭具有较
高 BET 比表面积，微孔(孔径小于 2 nm)孔容占
61. 2%，剩余的孔容由中孔提供，1. 86 nm 平均孔径
说明花生壳活性炭属于微孔结构。
2. 1. 2 SEM分析
为观察花生壳在改性过程中表面结构变化情
况，通过扫描电镜分析花生壳和花生壳活性炭的扫
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环 境 工 程 学 报 第 8 卷
描电镜图，具体结果如图 1 所示。
由图 1 可知，与花生壳相比，花生壳活性炭的表
面形态发生了明显的变化，表面更加粗糙，不规则地
密布着大量微孔，凹凸不平，有褶皱和缺陷，形成了
发达的、类似蜂窝状、孔径大小不一的孔隙结构，预
示着花生壳活性炭有较高的吸附能力，同时也体现
了 ZnCl2 活化、微波热解等制备过程对花生壳原料
的造孔作用。
图 1 花生壳和花生壳活性炭的 SEM扫描图
Fig． 1 SEM photograph of peanut shell and
peanut shell activated carbon
2. 1. 3 FTIＲ分析
花生壳活性炭的吸附性能除了由其多孔性质决
定之外，还受其表面各种官能团的影响。表 1 为花
生壳和花生壳活性炭的红外光谱图。由表 1 中数据
可以看出，两者在 3 360 cm －1处均有吸收峰，可归属
于各类 O—H的伸缩振动吸收峰，不过活化后的吸
收峰有明显减弱，表明—OH 参与改性反应;花生壳
活性炭在 2 921 cm －1、2 854 cm －1、1 457 cm －1和
1 398 cm －1附近呈现对应于—CH3 和—CH2 基团的
弱吸收峰，表明活化处理后，花生壳原料中脂肪族类
化合物挥发或分解不完全。花生壳在 1 735 ～ 1 995
cm －1范围内出现的一系列较复杂的含 C O 键官
能团的伸缩振动吸收峰，在花生壳活性炭中几乎消
失了，定性说明花生壳活性炭中所包含的氧化性官
能团大大减少了。另一方面，花生壳活性炭在 1 508
～ 1 631 cm －1范围内出现了苯环中 C C双键的振
表 1 花生壳和花生壳活性炭表面官能团的红外光谱图数据
Table 1 Functional groups data of peanut shell and
peanut shell activated carbon by FT-IＲ
官能团
波数(cm －1)
花生壳 花生壳活性炭
O—H伸缩振动 3 360 3 360
C—H
伸缩振动 2 925 2 921，2 854
弯曲振动 1 380 1 457，1 398
C O伸缩振动
1 995(羧酸)，1 893(饱和
脂肪酸酯)，1 735(羧基)
—
C C 苯环骨架振动 — 1 631，1 540，1 508
C—N 变形振动 1 420，1 250 —
C—O 偶合伸缩振动 1 030 1 047
动吸收，是花生壳原料经过 ZnCl2 活化处理后发生
了有效的芳构化反应所致。花生壳活性炭中 C—N
键吸收峰的消失，则说明经过微波热解活化之后，花
生壳原料中的酰胺类化合物已全部分解转化。
2. 1. 4 XＲD分析
图 2 是花生壳和花生壳活性炭的 X 射线衍射
谱图。花生壳在 2θ为 15. 22°和 21. 94°处分别出现
了一个相对较宽的弥散峰，该峰主要是由脂肪链引
起的，主要成分是六边形结构的碳，属于无定形体。
花生壳活性炭在 2θ为 26. 60°、29. 36°和30. 90°
附近分别有 3 个明显的衍射峰，这是由于其孔隙数
量增多，孔隙结构的复杂化使花生壳活性炭类石墨
微晶结构更趋于乱层化，形成了更多无定形炭类石
墨微晶结构，这表明花生壳活性炭存在一定量的石
墨微晶。但 2θ为 14. 58°处的弥散峰仍然明显存在，
说明花生壳活性炭仍然是无定形体。
图 2 花生壳与花生壳活性炭的 XＲD图谱
Fig． 2 XＲD patterns of peanut shell and peanut
shell activated carbon
2. 2 影响花生壳活性炭吸附性能的因素
2. 2. 1 吸附剂投加量
吸附剂用量对吸附量及吸附率的影响是非常重
要的，它可以在保证吸附量的前提下使吸附剂的吸
附量达到最大。为确定吸附剂适宜的投加量，准确
称取不同质量花生壳活性炭，加入 50 mL 初始浓度
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第 9 期 李章良等:花生壳活性炭对水溶液中 Cr(Ⅵ)的吸附性能
为 20 mg /L 的 Cr(VI)溶液中振荡吸附 180 min，调
节溶液 pH 值为 2. 0，控制反应温度 25℃，考察花生
壳活性炭不同投加量对 Cr(VI)的吸附性能，实验结
果如图 3 所示。
图 3 花生壳活性炭投加量对 Cr(VI)吸附性能的影响
Fig． 3 Effect of peanut shell activated carbon
dosage on Cr(VI)adsorption capacity
由图 3 可知，当溶液中 Cr(VI)浓度一定时，随
着花生壳活性炭投加量增大，可供利用活性吸附位
点增多，Cr(Ⅵ)与花生壳活性炭上的活性位点结合
机率增大，吸附 Cr(VI)离子绝对量就会增加，那么
达到吸附平衡时的平衡浓度降低，因而 Cr(VI)吸附
率就会升高;但当其投加量增大到一定程度(0. 2
g)，Cr(VI)吸附率变化不大而趋于平稳。这是因为
吸附剂投加量增大到一定程度后，过量吸附剂不能
被充分利用，产生空余吸附位点，使得每单位吸附剂
中吸附质的量逐渐降低。因此对于花生壳活性炭吸
附 Cr(VI)过程，需从吸附率和单位吸附量两方面综
合考虑，本实验条件下选择 0. 2 g 作为花生壳活性
炭的适宜投加量。
2. 2. 2 溶液初始 pH值
溶液初始 pH 值是影响吸附性能的重要因素，
它一方面影响着被吸附物质在溶液中的存在形式，
另一方面也影响着吸附剂表面电荷特性。准确称取
0. 2 g 花生壳活性炭，加入 50 mL 初始浓度为 20
mg /L的 Cr(Ⅵ)溶液中振荡吸附 180 min，控制反应
温度 25℃，考察溶液不同初始 pH值对 Cr(VI)的吸
附性能，实验结果如图 4 所示。
由图 4 可知，溶液初始 pH 值对花生壳活性炭
吸附 Cr(Ⅵ)的吸附性能影响较大。pH 值在 1. 0 ～
2. 0 时，Cr(Ⅵ)吸附率保持在较高水平且下降缓慢;
pH值在 3. 0 ～ 10. 0 时，Cr(Ⅵ)吸附率迅速下降。产
生上述变化的原因与花生壳活性炭表面功能基团所
图 4 溶液初始 pH值对 Cr(Ⅵ)吸附性能的影响
Fig． 4 Effect of initial pH in solution on
Cr(VI)adsorption capacity
带电荷、Cr(VI)在水溶液中的存在形式及 pH 值有
关。溶液中存在 H +会与花生壳活性炭表面功能基
团—NH2、—OH 结 合 形 成 带 正 电 性 的—NH
+
3 、
—OH +2 吸附中心。Cr(Ⅵ)在水溶液中多数以
CrO2 －4 、Cr2O
2 －
7 、HCrO
－
4 3 种中的 1 种或 2 种形式存
在［16］，均为负电性，会通过静电作用吸附在花生壳
活性炭的表面上。所以当溶液初始 pH 值越低，H +
越多，正电基团—NH +3 、—OH
+
2 也越多，花生壳活性
炭对 Cr(VI)吸附性能也越强。另一方面，Cr(VI)在
水溶液中的存在形式也会随 pH 值和浓度的变化而
变化，这种变化会影响对其吸附性能。在水溶液中，
Cr(VI)2 种形式 HCrO －4 和 Cr2O
2 －
7 存在吸附平衡
(2HCrO －4 →Cr2O
2 －
7 + H2O)，随 pH 值减小，反应向
左进行。花生壳活性炭对 Cr(VI)的吸附主要是以
HCrO －4 形式进行，因此当溶液初始 pH 值越小时，
HCrO －4 含量越高，吸附性能也越好。正是由于上述
二点原因，使得花生壳活性炭对 Cr(VI)的吸附性能
在溶液初始 pH值为 1. 0 ～ 2. 0 时达到较高水平，Cr
(Ⅵ)吸附率可维持在 94. 13%以上，pH 值再减少对
Cr(Ⅵ)吸附率和吸附量贡献不大;而当 pH≥6. 0
时，正电基团—NH +3 、—OH
+
2 的数量迅速减少，加之
此时 Cr(VI)主要以 CrO2 －4 和 Cr2O
2 －
7 形式存在，不
利于花生壳活性炭吸附反应的进行，因此 Cr(VI)吸
附性能也就下降并维持在了一个较低水平。总之，
溶液初始 pH值对溶液中 Cr(VI)的形式分布和花生
壳活性炭表面功能基团所带电荷有显著影响。在后
续实验中花生壳活性炭吸附 Cr(Ⅵ)时均将溶液初
始 pH值调为 2. 0。
2. 2. 3 吸附时间
准确称取 0. 2 g 花生壳活性炭，加入 50 mL 初
1873
环 境 工 程 学 报 第 8 卷
始浓度分别为 20 mg /L、30 mg /L 的 Cr(Ⅵ)溶液中
振荡吸附，调节溶液 pH 值为 2. 0，控制反应温度
25℃，考察不同振荡吸附时间对 Cr(VI)的吸附性
能，实验结果如图 5 所示。
图 5 吸附时间对 Cr(Ⅵ)吸附性能的影响
Fig． 5 Effect of absorbed time on Cr(VI)adsorption capacity
由图 5 可知，吸附初始阶段，随着吸附时间的延
长，花生壳活性炭对 Cr(VI)吸附率也随之增大，这
是因为在吸附之初，花生壳活性炭表面存在大量的
吸附位点，吸附主要发生在花生壳活性炭表面，吸附
容易进行，另外，开始吸附时，溶液中金属离子质量
浓度较高，浓度梯度大，吸附驱动力更大，使得吸附
更快。当吸附时间达到 180 min 时，吸附接近平衡，
花生壳活性炭对 Cr(VI)吸附趋于稳定，这是因为随
着吸附时间延长，表面吸附位点大量被 Cr(VI)占
据，可提供活性位点减少，吸附质由表面介孔逐渐进
入内部微孔结构，阻力增强，加之 Cr(VI)浓度降低，
吸附动力减小，吸附速率下降，最后达到平衡。本实
验研究选择的吸附平衡时间为 180 min。
2. 3 吸附动力学与热力学
2. 3. 1 吸附动力学研究
为了更好地描述花生壳活性炭对 Cr(VI)的吸
附动力学行为，对 2. 2. 3 中吸附饱和前实验数据
(t≤180 min)用 Lagergren准一级动力学方程、准二
级动力学方程进行线性拟合，通过 Ｒ2 大小比较哪个
模型能更好地描述发生于固-液系统中吸附动力学
过程。其中准一级动力学方程的线性表达式为:
ln(qe － qt)= lnqe － k1 t (4)
准二级动力学方程的线性表达式为:
t
qt
= 1
k2q
2
e
+ tqe
(5)
式中:qt 和 qe 分别为时间 t 和平衡时吸附量，mg /g;
k1 为准一级速率常数，min
－1;k2 为准二级速率常
数，g /(mg·min);t为吸附时间，min。
利用式(4)和(5)对图 5 吸附饱和前实验数据
进行线性拟合，通过直线的斜率和截距求出各参数
值列于表 2 中。
表 2 花生壳活性炭对 Cr(VI)的吸附动力学方程参数
Table 2 Parameters of adsorption kinetics equation for
Cr(VI)on peanut shell activated carbon
浓度
(mg /L)
准一级动力学方程 准二级动力学方程
k1(min －1) Ｒ2 k2 × 103(g /(mg·min)) Ｒ2
20 0. 0241 0. 9621 1. 0878 0. 9931
30 0. 0266 0. 9369 0. 6369 0. 9907
由表 2 可知，2 种方程对不同初始浓度 Cr(VI)
的吸附行为均有较吻合描述，其中准二级动力学方
程拟合度更高(Ｒ2 ＞ 0. 99)，说明花生壳活性炭对 Cr
(VI)的吸附遵循准二级动力学反应，主要是以化学
吸附为主。这是因为准一级模型虽已经广泛的应用
于各种吸附过程，但它在边界条件计算上有局限性，
在于拟合前需要通过实验确定 qe，但在实际吸附过
程中，真正达到吸附平衡需要很长时间，而且平衡是
一个动态过程，因此不可能准确测得其平衡吸附量;
而准二级模型是建立在化学反应或通过电子共享、
得失的化学吸附基础上，包含了吸附的所有过程，如
外部液膜扩散、表面吸附和粒子内扩散等，所以能更
真实全面地反映吸附剂吸附重金属离子的动力学机
制。因此，可以用准二级动力学方程来描述花生壳
活性炭对水中 Cr(VI)的吸附行为，其好处在于作图
时不需要用到平衡吸附量 qe，而用它的线性方程又
可计算平衡吸附量，这为需要很长时间才能达到平
衡的吸附体系提供了方便。
2. 3. 2 吸附等温线及吸附机理
吸附等温线是研究吸附过程的重要依据，它可
以用来描述吸附剂与吸附质之间的平衡关系、亲和
力以及吸附剂的吸附能力，并通过理论或经验公式
所得到的相关吸附平衡数据有助于实际吸附体系的
设计和操作。为了了解花生壳活性炭对 Cr(VI)的
吸附性能，实验过程中准确称取 0. 2 g 花生壳活性
炭，加入 50 mL初始浓度分别为 10、20、30、40 和 50
mg /L的 Cr(Ⅵ)溶液中振荡吸附 180 min，调节溶液
pH值为 2. 0，研究吸附温度在 288、298 和 313 K 下
花生壳活性炭对 Cr(Ⅵ)的吸附等温线，具体如图 6
所示。
由图 6 可知，等温线均呈 L型，该类型的等温线
一般可用 Langmuir 等温线模型式(6)和 Freundlich
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第 9 期 李章良等:花生壳活性炭对水溶液中 Cr(Ⅵ)的吸附性能
图 6 不同温度下的热力学曲线
Fig． 6 Adsorption isotherms at different temperatures
等温线模型式(7)进行线性拟合，通过直线的斜率
和截距求出各参数值列于表 3 中。其中 Langmuir
吸附等温方程的线性表达式为:
Ce
qe
= 1bQm
+
Ce
Qm
(6)
Freundlich吸附等温方程的线性表达式为:
lnqe = lnKF +
1
n lnCe (7)
式中:qe 为 Cr(Ⅵ)平衡吸附量，mg /g;Ce 为吸附达
到平衡时 Cr(Ⅵ)浓度，mg /L;b为吸附平衡常数，L /
mg;Qm 为吸附剂对 Cr(Ⅵ)单层最大吸附量，mg /g;
KF、1 /n为 Freundlich常数。1 /n表示吸附量随初始
浓度增长的强度，可表示吸附的难易，一般认为，
1 /n = 0. 1 ～ 0. 5 时，吸附容易发生，1 /n ＞ 2 时，较难
吸附［17］。
表 3 花生壳活性炭对 Cr(VI)的吸附等温线参数
Table 3 Parameters of adsorption isotherms for
Cr(VI)on peanut shell activated carbon
温度
(K)
Langmuir模型 Freundlich模型
Qm b Ｒ2 1 /n KF Ｒ2
288 8. 38 0. 4638 0. 9962 0. 3532 2. 92 0. 8502
298 8. 68 0. 6436 0. 9971 0. 3286 3. 44 0. 8636
313 9. 01 1. 2211 0. 9947 0. 2591 4. 55 0. 8549
从表 3 可知，Langmuir 吸附等温方程线性拟合
的相关系数均大于 Freundlich 吸附等温方程，说明
Langmuir吸附等温方程能更好地描述花生壳活性炭
对水溶液中 Cr(VI)的等温吸附特征，也说明吸附质
Cr(VI)在花生壳活性炭固体表面是单分子层吸附
(化学吸附)，表面上各个吸附位置分布均匀。Lang-
muir吸附等温方程中 Qm 和 b 均随温度升高而增大，
说明该吸附过程是吸热过程，升温有利于吸附进行。
2. 3. 3 吸附热力学研究
吉布斯自由能变 ΔG是判断吸附过程能否自发
进行的基本条件。在实验温度范围内，吸附过程的
热力学参数 ΔG、焓变 ΔH 以及熵变 ΔS 使用公式
(8)～(10)进行计算:
ΔG = － ＲTlnb (8)
ΔG = ΔH － TΔS (9)
lnb = － ΔHＲT +
ΔS
Ｒ (10)
式中:ΔG为标准吸附自由能变，kJ /mol;b为 Lang-
muir平衡常数，L /mol;Ｒ 为气体常数 8. 314，J /(mol
·K);T 为绝对温度，K;ΔH 为标准吸附焓变，kJ /
mol;ΔS 为标准吸附自由能变，kJ /mol。以 lnb对
1 /T作图并进行线性拟合，通过直线的斜率和截距
求出各参数值列于表 4 中。
表 4 花生壳活性炭吸附 Cr(VI)的热力学参数
Table 4 Parameters of thermodynamics equations for
Cr(VI)on peanut shell activated carbon
T
(K)
b
(L /mol)
ΔG
(kJ /mol)
ΔH
(kJ /mol)
ΔS
(kJ /(mol·K))
288 24 117. 6 － 24. 16
298 33 467. 2 － 25. 81
313 63 497. 2 － 28. 78
29. 27 0. 1853
从表 4 得出:ΔG ＜ 0，表明花生壳活性炭吸附 Cr
(VI)的过程是自发进行的，随着温度的升高，ΔG 绝
对值增大，表明温度越高吸附过程自发趋势越大;
ΔH ＞ 0 表明吸附过程是吸热反应过程，高温对吸附
有利，这与吸附等温线得出结论相一致;ΔS ＞ 0 表明，
在吸附过程中固液界面无序性增加，混乱度增大，升
温更有利于花生壳活性炭与 Cr(VI)发生化学吸附。
3 结 论
(1)当花生壳活性炭投加量为 0. 2 g 时，在 Cr
(VI)初始浓度为 20 mg /L 和溶液初始 pH 值为 2. 0
条件下，花生壳活性炭对 Cr(VI)的吸附在 180 min
达到平衡，其吸附率可维持在 94. 13%以上。
(2)吸附动力学实验表明，花生壳活性炭对 Cr
(VI)的吸附遵循准二级动力学反应，主要是以化学
吸附为主。
(3)通过计算 Langmuir 和 Freundlich 吸附模型
参数表明，吸附过程更符合 Langmuir 吸附模型，表
明整个过程以单层吸附为主。
(4)通过热力学计算表明，吸附过程是一个自
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环 境 工 程 学 报 第 8 卷
发进行和吸热过程，并且朝着固液界面无序性增加
和混乱度增大的方向发展。
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