基于QCM-D的金属离子在碳表面吸附脱附行为研究

金属离子在煤炭固液界面的作用机制对促进煤炭清洁 高效加工利用、水资源与矿物资源的高效循环利用及“碳减 排”具有重要意义。采用耗散石英微晶天平(QCM-D)研究 了 K+ 、Mg 2+ 、Al3+ 、Fe3+ 四种金属离子在碳表面的吸附脱 附行为。结果表明,浓度和价态的升高均有利于提高金属离 子的吸附作用,四种金属离子与碳表面的作用强度由高到低 排序为:Fe3+ >Al3+ > Mg 2+ > K+ ;K+ 和 Mg 2+ 表现为单 段吸附,在2min内达到吸附平衡,随着吸附量增加,吸附层 的密实程度无明显变化,用水清洗后可完全脱附;AlCl3 溶 液只有在100mmol/L高浓度情况下的吸附是完全可逆的, 在10mmol/L和50 mmol/L 的低浓度情况下,AlCl3 表现 为两段吸附特性,第1段吸附物的量虽少,但比第2段吸附 物密实,脱附后仍有少量密实性吸附物残留;FeCl3 溶液与 其他溶液均有较大区别,在研究的10~100mmol/L浓度范 围内,吸附均不完全可逆,浓度越低,多段吸附和不可逆吸附 特性越明显,脱附后的残留量越高,脱附过程中结构较为松 散的吸附物优先从表面脱附,结构较为密实的吸附物残留到 了碳表面。FeCl3 和 AlCl3 的不可逆吸附行为与其水解反应 有关,浓 度 越 低,越 容 易 生 成 不 可 脱 附 的 Fe(OH)3 和Al(OH)3。