活性炭吸附锆离子，锆离子浓度范围广(1.0-5.0 g/l)，这次研究了活性炭上水溶液中锆离子的吸附动力学和不同温度下的吸附水平。锆离子的吸附过程分两个阶段进行，第一阶段相当快，其次是慢得多。Bangham方程用于研究锆离子在活性炭上的吸附动力学。据观察，锆离子扩散到活性炭孔隙中控制着吸附过程的动力学。而且，锆离子的吸附符合所研究浓度范围内的Freundlich和Langmuir等温线。吸附平衡常数在活性炭上吸附锆离子的数值也已经在不同的温度下计算出来。

　　锆是化学和核工程以及冶金和航海技术中的重要材料，因为它具有理想的机械强度，低热中子截面(0.185 b)以及对酸，碱和盐水的腐蚀性。锆金属出现在陨石，沉积物，再生材料，火成岩和火山岩，是各种宝石和凝胶的主要成分。铪总是与锆一起在自然界中发现。通常，商业级锆含有每100重量份锆1至5重量份的铪。锆的性质受铪含量的影响。例如，由于铪(102b)的高热中子截面，锆中存在1-2%的铪可将其热中子横截面从(0.185b)提高到(1.0b)。因此，锆在核技术中的应用至关重要，因为它不含铪或几乎不含铪才行。为了纯化目的，正在使用许多方法，例如沉淀，离子交换，分步结晶和在固体上的吸附。由于其简单性，选择性和有效性，在某些条件下的吸附过程比用于金属离子净化/回收的其他方法具有明显的优势。经济的吸附工艺的主要要求是吸附剂具有足够的选择性，高吸附能力和高使用寿命。活性炭由于其大表面积，微孔结构，高吸附容量，辐射稳定性和高纯度，已被广泛用于从溶液中去除金属离子。我们以前使用活性炭作为溶液中的吸附呋喃鎓，钍，钆，钐，铕和锶离子。

　　吸附方法是采用间歇技术从水溶液中吸附锆离子在活性炭上，在恒温振荡器中用约0.1g干燥的活性炭振荡，将其温度预先调整到所需的值。经过预定的时间后，将溶液通过滤纸过滤。由于滤纸吸附锆离子，滤液的前2-3ml部分被排除。使用WDXRF光谱仪在测量滤液中锆离子的浓度。

　　图1.活性炭上的锆离子在不同温度下的振荡时间(溶液浓度2 g / l，pH 1.9)。

　　图1表示在不同温度下振荡时间下活性炭上锆离子吸附的变化。该图表明，最初吸附的锆离子部分迅速增加，但随后该过程减慢并且在约30分钟后(即，当吸附平衡建立时)达到恒定值。可以了解到的是锆离子的吸附可以说是发生在两个不同的步骤，一个相对较快的一个接着是较慢的一个。缓慢的吸附通过锆离子扩散到活性炭的孔中来解释。图1还表明，锆离子吸附过程的一般时间依赖性基本上与温度无关。然而，温度变化影响锆离子吸附量，随着吸附温度的升高而增加。这是因为在较高的温度下，锆离子通过活性炭孔的扩散更快并且可以进行到更大的程度。氯氧化锆表现为路易斯酸在极性溶剂中溶解产生水解并通过释放HC1形成四聚体四聚体络合离子[Zr4(OH)2(H20)16]8+。HCl的释放导致溶液中pH的降低。目前研究中确定的pH值为1.9，这证实了这一论点。没有简单的解释这种四聚体物质在活性炭表面上的吸附。由于活性炭的表面确实具有酸性表面官能团，因此四聚体络合离子可能与该酸性基团形成表面络合物。

　　图2.不同锆离子浓度下活性炭对摇动时间的锆离子吸附。

　　图2描绘了在20℃下从水溶液中以不同浓度范围(1.0-5.0g / l)在活性炭上吸附锆离子。这表明锆离子吸收最初很快，后来变慢，最终达到饱和。饱和时间约为30分钟，吸附程度实际上保持不变。这些观察结果类似于活性炭上锆离子吸附的温度依赖性研究，如图1所示。图2中很明显，在平衡状态以及平衡状态之前吸附的锆离子部分，随着锆离子浓度的增加而降低。锆溶液在溶液中的大量输送，涉及锆离子扩散通过假想膜边界层的膜转移以及锆离子在活性炭的孔体积内和/或沿孔壁表面扩散到主动吸附部位。溶质在内表面上的实际吸附通常被认为是非常快的，因此它不是速率决定步骤。因此，薄膜和颗粒内扩散可能是控制锆离子吸附速率的步骤。

　　根据动力学方程中AH的正值表明锆离子在活性炭上的吸附是一个吸热过程，与通常的放热观察完全相反。早些时候已报道了类似的观察结果，其对固体上的不同金属离子吸附。吸附吸热的可能解释在我们早期的实验中给出。活性炭的值是负值，正如对自发过程所预期的那样。AS值是正值，随着温度的升高，AS值没有可观的变化，这意味着AS的值不受温度的影响。吸附过程是吸热过程，因此在这些条件下，由于正熵变，过程变为自发的。

　　高温有利于活性炭上水溶液中锆离子的吸附，并在30分钟内达到平衡。锆的吸附发生在两个不同的阶段，第一阶段相对较快，然后是较慢的阶段。第一和第二阶段吸附过程的活化能的大小分别为5.80和43.00 kJ / mol。Bangham方程对锆离子吸附数据的适用性表明锆离子扩散到活性炭的孔隙中控制着吸附过程。在所研究的浓度范围内，锆离子的吸附符合Freundlich和Langmiur等温方程。AH的正值表明锆离子在活性炭上的吸附是一个吸热过程。