强吸附型纳米银对粘胶纤维的吸附性能研究
摘要：利用可见分光光度计快速测定纳米银溶液浓度的方法研究了强吸附型纳米银溶液对粘胶纤维的吸附性能和吸附机理。讨论了纳米银溶液浓度、浸渍温度和浸渍时间对粘胶纤维纳米银吸附量的影响，结果表明，当纳米银溶液浓度为70 mg/L，粘胶纤维对纳米银的吸附能力最强；低于70 ℃时，吸附动力学遵守准二级动力学模型，吸附等温线符合Langmuir模型，热力学分析表明该吸附过程为自发性物理吸附，升温有利于吸附过程的进行。 关键词：纳米银；粘胶纤维；吸附性能；吸附机理 中图分类号：TS195.2 文献标识码：A Research on Adsorption Properties of Adhesive Nano-silver Solution onto Viscose Fiber Abstract： Spectrophotometer can provide a convenient way to test the concentration of nano-sliver solution， so it is used to analyze the adsorption properties and related mechanism of nano-silver solution onto viscose fiber. In this paper， the influence of concentration of nano-silver solution， dipping temperature and dipping time on adsorption to viscose fiber was discussed. Results showed that the adsorption capacity reached the greatest level when concentration of nano-silver at 70 mg/L； Below 70 ℃， adsorption kinetics complied with Quasi-second order kinetics， and its adsorption isotherm fitted Langmuir model； The adsorption process was physical adsorption and rising temperature could improve the absorption. Key words： nano-silver； viscose fiber； absorption properties； absorption mechanism 考虑到吸附过程的复杂性，利用准二级动力学模型对实验数据进行分析。 准二级动力学模型数学表达式为： t/qt=1/ksqe2+t/qe （1） 式中t为时间；qe、qt分别为吸附平衡量和时间为t时的吸附量（mg/g）；ks为准二级动力学速率常数（g·mg-1·min-1）。 图 4 中，90 ℃的吸附呈S型吸附，不符合准二级动力学方程，原因是高温下粘胶纤维膨胀，提供更多的吸附位点及活性基团（羟基、羧基等）。在此，仅对30、50、70 ℃的吸附数据进行线性拟合。动力学模型的参数以及相关系数如图5、表 2 所示。 图 6 反映了吸附达到平衡时吸附量与溶液浓度之间的关系。纳米银对粘胶纤维的吸附特点与染料的吸附类似，可采用Langmuir模型模拟吸附过程。 Langmuir模型数学表达式为： qe=Kqmce/（1+Kce） （2） 图 7 及表 3 数据表明，ce/qe与qe呈良好线性关系，说明纳米银对粘胶纤维的吸附符合Langmuir模型。粘胶纤维对纳米银的吸附属于单层定位吸附，首先纳米银依靠静电引力吸附于粘胶纤维上，然后以氢键与粘胶纤维上的羟基等基团相结合，具有典型朗缪尔吸附特点。 3.3 粘胶纤维对纳米银的吸附热力学研究 吉布斯自由能变ΔGo是判断吸附过程能否自发进行的重要依据，利用公式（3）～（5）计算不同温度下吸附过程的热力学参数ΔGo、焓变ΔHo以及熵变ΔSo。 ΔGo = –RTlnK （3）ΔGo = ΔHo–TΔSo （4）lnK = –ΔHo/RT+ΔSo/R （5） 式中，R为摩尔气体常数（8.314 J·mol-1·K-1）；T为绝对温度（K）；K为Langmuir吸附常数。 吉布斯自由能变ΔGo由公式（5）直接计算得到；利用公式（7）将lnK～1/T进行拟合，可计算焓变ΔHo以及熵变ΔSo。粘胶对纳米银的吸附热力学计算结果见表 4。 由表 4 可知，30 ～ 70 ℃下ΔGo均为负值，说明粘胶纤维对纳米银的吸附在此温度区间均可自发进行，吸附过程