硅酸镁/碳复合材料制备及吸附性能研究

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硅酸镁是一种含水镁硅酸盐,具有良好的吸附性能。水热碳以碳为主体,表面富含含氧官能团,在吸附领域具有应用前景。为实现硅酸镁和水热碳的优势互补以获得一种具有优良吸附性能的材料,本工作尝试制备硅酸镁/碳复合材料,并研究其吸附性能。以硅酸钠、硫酸镁和葡萄糖为原料,用水热法合成了一系列硅酸镁和硅酸镁/碳复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积和孔径分析仪、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和Zeta电位仪等分析仪器表征产物。以亚甲基蓝和甲基橙为目标污染物,研究了产物的吸附性能。研究了原料硅/镁摩尔比、葡萄糖添加量、水热温度和水热时间等制备条件对产物吸附性能的影响。研究了污染物的初始浓度、吸附时间、环境温度和溶液酸碱度对吸附的影响。分析了吸附过程的吸附等温线、吸附动力学和吸附热力学以及产物对污染物的吸附机理。在硅酸镁/碳复合材料中,水热碳填充于硅酸镁间隙,硅酸镁和水热碳之间通过Si-O-C键结合。硅酸镁/碳复合材料为无定形态,表面形貌粗糙且富含羟基和含氧官能团,比表面积高,表现出优于硅酸镁和水热碳的吸附性能。在制备条件中,原料硅/镁摩尔比和葡萄糖添加量对产物吸附性能的影响强于水热温度和水热时间。硅酸镁/碳复合材料对亚甲基蓝的吸附符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型,吸附量随环境温度的升高而减小,随溶液p H值的增大而增大。硅酸镁/碳复合材料对甲基橙的吸附符合Freundlich等温吸附模型和准二级动力学模型,吸附量随环境温度的升高而增大,随溶液p H值的增大而减小。硅酸镁/碳复合材料对染料的吸附机制是硅酸镁表面的羟基和水热碳表面的含氧官能团与染料离子的结合以及吸附剂与染料离子之间的电荷吸引。原料廉价易得、制备工艺简单且能耗低、吸附性能好以及无二次污染等优点,使得本工作制备的硅酸镁/碳复合材料有望成为一种有应用价值的吸附剂。
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