稀有金属 1999,(05),398-400 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.1999.05.018
腐植酸与镓、铟的吸附模型
杜冬云 刘建平
湖北师范学院化学系!黄石435002,湖北师范学院化学系!黄石435002,湖北师范学院化学系!黄石435002
摘 要：
对腐植酸与镓、铟的吸附作用作了实验研究， 提出了拟合实验数据的理想吸附等温方程， 并对作用机理予以推断。
关键词：
腐植酸 ;镓 ;铟 ;吸附 ;
中图分类号： TG146.431
收稿日期： 收稿日期: 1998 - 12 - 28
Adsorption Model of Humic Acid with Gallium and Indium
Abstract：
Abstract: The adsorption of humic acid with gallium and indium was studied. The ideal equation of adsorption isotherm about the experimental data was proposed, and the reaction mechanism was discussed.
Keyword：
Humic acid; Gallium; Indium; Adsorption; Equation of adsorption isotherm;
Received： 收稿日期: 1998 - 12 - 28
镓、 铟都是昂贵的稀散金属, 在电子、 合金、 催化剂等方面有广泛的用途
[1 ]
, 需求量日益增大。 有必要扩大原料来源, 研究新的提取方法
[2 ]
。
湖北有丰富的稀有金属资源, 如煤中含有镓, 炼铜的炉渣、 烟尘中含有铟, 但均未利用。
腐植酸是天然的羟基羧酸, 具有很强的吸附能力、 络合能力及离子交换性能。 已广泛用于农业、 选矿、 环保等方面
[3 ,4 ]
。 我们试图用它来提取镓、 铟, 为此做了以下工作。
1 固体腐植酸与镓的吸附
在一定浓度的GaCl3 溶液中, 加入固体腐植酸, 搅拌反应, 液固分离, 测定溶液中残留的镓量, 计算吸附量
[5 ]
。
1.1 腐植酸 (HA) 用量的影响
随着固液比的增加, 镓吸附率上升, 但单位重量HA吸附量会下降。
1.2 pH的影响
可在pH=3～6范围内进行吸附, 以5～6最佳, pH<1后, 吸附物全部脱吸, pH>6后, HA本身会溶解。
1.3 反应时间与温度的影响
升高温度可加速吸附过程。 30℃需5 h吸附完全, 而60℃则只需3 h。
1.4 等温吸附线
改变镓的起始浓度c 0 , 改变温度, 则溶液浓度为c t
a B = V m ( c 0 - c t ) , 单位mgGa/gHA
V : 溶液体积 (L) , m : HA腐植酸重量 (g) 。
绘出吸附等温线
[6 ]
, 如图1。
图1 Ga在不同温度下的吸附等温线
1 — 60℃; 2 — 42℃; 3 — 27℃; 4 — 6℃
1.5 等温吸附方程
按Langmuir模型
a B = a ∞ Κ ? c 1 + Κ ? c 处理数据。
a∞ 为饱和吸附量, K为吸附平衡常数, 采用回归分析法可得表1。
也可用Freundlich 式
a B = k c 1 n 拟合。 回归分析结果如表2。
可见, 每种模型均拟合得很好, 相关系数r都大于0.99。
1.6 吸附热的推算
将上面得到的不同温度下的K, k, 用式K=K0 e-ΔH/RT 及k=k0 e-ΔH/RT 再进行回归分析, 得到表3。 二式得到的ΔH十分相近, 约15000 kJ /kmol 。
表1 Langmuir模型的回归分析结果
K
a∞
r
Langmuir 模型方程
0.237
5.75
0.993
a B = 1 . 3 6 c 1 + 0 . 2 3 7 c
0.369
6.80
0.995
a B = 2 . 5 0 c 1 + 0 . 3 6 9 c
0.576
7.35
0.993
a B = 4 . 2 4 c 1 + 0 . 5 7 6 c
0.638
9.43
0.996
a B = 6 . 0 2 c 1 + 0 . 6 3 8 c
表2 Freundlich模型的回归分析结果
K
1/n
r
Freundlich 模型方程
1.20
0.573
0.999
aB =1.2c0.573
1.875
0.526
0.997
aB =1.875c0.526
2.588
0.478
0.991
aB =2.588c0.478
3.396
0.522
0.994
aB =3.396c0.522
0.525
表3 吸附热推算结果
K0 、 k0
Δ H/kJ ·kmol r
K, k
Langmuir 式K0 =155
15000
-0.98
K=155e -15000/R T
Freurdlich 式k0 =793
15060
-0.999
k=793e -15060/R T
1.7 作用机理推测
据一般物理吸附理论, 温度越高, 吸附量越小, 吸附热为负值, 但液体吸附会有例外。我们的实验就是如此, aB , a∞ 随温度上升而增大, Δ H>0, 推测, 在溶液中HA 与镓的吸附同时, 伴随着离子交换过程, Ga 3+ 与HA 分子中某些阳离子发生交换作用, 这种作用随温度升高而加强。 具有交换性能的, 可能有羧酸基团, 酚羟基团等。
尽管如此, 仍可用此种数学吸附模型来描述HA 与镓的作用。
2 腐植酸钠溶液与镓的作用
固体HA 溶于NaOH 中, 制得腐植酸钠溶液, 与不同量的镓溶液混合, 会生成沉淀, 其沉淀率与pH , HA ∶Ga 的配比有密切关系 (见图2) 。
pH <3.5时, 镓沉淀率随HA 量增加而增加; 而在4.0<pH <6.0, 镓沉淀率反而随HA 用量增加而下降。 沉淀率最大值在pH =4.0～4.5时出现。
3 固体腐植酸与铟的吸附
3.1 反应时间的影响
常温下, 1 h 后吸附接近达到平衡, 较镓的吸附时间短。
3.2 pH的影响
pH 在4～5.5之间, 吸附率较高, pH =4.5时最高, 超过此范围, 吸附率会急剧下降。
3.3 吸附等温方程
在室温25℃, 作吸附平衡实验, 得到等温线如图3。
图3 吸附等温线
等温方程
[6 ]
:
Langmuir 式:
a B = 3 . 5 7 c 1 + 0 . 8 9 c
Freundlich式: a B c 0.47
相关系数分别为0.993, 0.994, 均拟合得很好。
4 结 语
1. HA对Ga、 In有很强的吸附能力, 可用两种理想模型近似描述。
2. HA与Ga、 In的作用, 除了吸附外, 可能还包括离子交换等过程。
感谢: 温洪荣、 易求实、 文祖刚、 谢修银、 吴运强、 梁永德等参与许多实验工作。
参考文献
[1] 周令冶稀散金属冶金北京: 冶金工业出版社, 1988
[2] 程瑞学, 孙隆熙, 宋素华等昆明工学院学报, 1979 , (3) :37
[3] 黄永奎腐植酸化学文摘北京: 科学出版社, 1982
[4] 郁志勇, 王文华, 彭安环境化学, 1998 , (5) :480
[5] 程瑞学, 孙隆熙, 宋素华等昆明工学院学报, 1979 , (1) :59
[6] 北川浩吸附的基础与设计北京: 化工出版社, 1983
