改性MIL-100(Fe)和NH2-MIL-101(Fe)对中性红四环素和重金属离子的吸附研究

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金属有机框架材料(MOFs)具有比表面积大、高孔隙率、晶型结构好和良好的热学稳定性等独特的结构和物理化学性质,在水处理领域具有广阔的发展空间,MIL-101(Fe)因制备方法简单、稳定而受到广泛关注。本文选用碳纳米管(MWCNTs)和聚乙烯亚胺(PEI)分别改性MIL-100(Fe)和NH2-MIL-101(Fe),制备了吸附材料用以对中性红(NR)、四环素(OTC)和重金属离子Cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)的静态吸附研究,进一步探讨了吸附机理。对吸附剂进行了表征,包括等电点(p Hzpc)、红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、比表面积(BET)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射分析(XRD)。主要研究结果如下:将Fe(NO33·9H2O与H3BTC通过水热法合成出材料MIL-100(Fe),研究其对中性红的吸附性能。实验结果表明,弱碱性条件下对NR具有较高的吸附能力,293 K时吸附量达到320 mg·g-1,且共存离子的存在不影响其吸附。吸附过程符合Freundlich和Temkin等温线模型以及Pseudo-second-order动力学模型,静电引力和π-π堆积作用为NR的主要吸附机理。热力学数据表明吸附是自发、吸热、熵增的物理化学吸附过程。MIL-100(Fe)吸附NR后可使用p H值为2的75%乙醇进行多次解吸再生,具有良好的重复再生性能。通过水热法在MIL-100(Fe)的合成过程中加入MWCNTs,合成吸附材料MIL-100(Fe)-CNTs,研究对溶液中OTC的吸附性能,表征结果表明吸附剂成功制备且MWCNTs的引入未对材料的结构造成破坏。实验结果表明,酸性条件下对OTC有较高的吸附性能,在p H为8时对OTC+的吸附量达到最大值为179mg·g-1,离子强度对吸附产生较大的负影响。Langmuir模型适合描述MIL-100(Fe)-CNTs对OTC的吸附过程,吸附动力学符合Elovich模型,吸附机理主要为离子交换作用。热力学结果表明该吸附是自发、吸热的物理化学过程,。将PEI交联到NH2-MIL-101(Fe)制备MIL-100(Fe)@PEI,用以对溶液中Cr(Ⅵ)和Cu(Ⅱ)吸附性能研究。分别在p H 5.5和5.0的条件下,对实验得到的对Cr(Ⅵ)和Cu(Ⅱ)吸附量分别达到339、32.9 mg·g-1(293 K)。结合盐浓度的影响和Freundlich等温线模型对吸附过程的描述,非均匀表面的多分子层化学吸附发生在Cr(Ⅵ)和Cu(Ⅱ)的吸附过程中。Pseudo-second-order和Elovich模型可分别用于描述对Cr(Ⅵ)和Cu(Ⅱ)的吸附,推测吸附过程是非均相的化学吸附,吸附机理主要为离子交换和配位络合作用。热力学参数表明吸附过程为自发的熵增反应。
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