MOF(Ni)-74對(duì)廢水中偶氮染料剛果紅的吸附性能研究

摘要以2,5-二羥基對(duì)苯二甲酸為有機(jī)配體、Ni(Ⅱ)為中心金屬，采用溶劑熱法合成了金屬有機(jī)骨架材料MOF(Ni)-74，通過(guò)XRD和FT-IR對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。用MOF(Ni)-74吸附偶氮染料剛果紅，考察了溶液初始濃度和接觸時(shí)間、吸附劑投加量、pH值、Na+濃度及溫度對(duì)吸附的影響，并對(duì)其等溫吸附過(guò)程、吸附動(dòng)力學(xué)和吸附熱力學(xué)進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著剛果紅初始濃度增大，MOF(Ni)-74的吸附量增大；吸附劑投加量增大，去除率提高，吸附量減??；Na+濃度增大，吸附量減少。等溫吸附模型更符合Freundlich方程，動(dòng)力學(xué)更符合雙常數(shù)模型。熱力學(xué)參數(shù)?G<0、?H>0、?S>0，表明MOF(Ni)-74對(duì)剛果紅的吸附是自發(fā)的、吸熱的過(guò)程。引言染料是眾多有機(jī)污染物中的一類(lèi)，其應(yīng)用于紡織、皮革、化妝品、造紙、印刷、制藥、食品等許多行業(yè)。如在未經(jīng)任何預(yù)先處理的情況下，將廣泛使用的染料排放出去，由于其毒性，通常會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，還會(huì)對(duì)人體健康造成危害。因此非常有必要在排放之前采取有效方法將其去除。目前，處理有機(jī)染料廢水的有效方法主要有吸附法、混凝法、光降解法、膜過(guò)濾法等。其中，吸附法因其操作簡(jiǎn)單、成本低、效率高而成為最有前景的技術(shù)之一。金屬有機(jī)骨架材料（Metalorganicframeworks,MOFs）是一種由無(wú)機(jī)金屬陽(yáng)離子與有機(jī)配體雜化形成的多孔材料，因其本身多孔結(jié)構(gòu)和性質(zhì)及其孔隙率可調(diào)、吸附容量大等特點(diǎn)，使其區(qū)別于其他材料而在吸附領(lǐng)域引起了廣大關(guān)注。正文部分1

實(shí)驗(yàn)部分1.1

主要儀器與試劑1.2

表征手段1.3

MOF(Ni)-74的制備1.4

剛果紅的吸附為了探究MOF(Ni)-74對(duì)剛果紅的吸附性能，稱(chēng)取10mgMOF(Ni)-74吸附劑，加入到50mL一定初始濃度、一定pH的剛果紅溶液中，在30

℃的恒溫振蕩器中進(jìn)行振蕩吸附實(shí)驗(yàn)。2

結(jié)果與討論2.1

MOF(Ni)-74的XRD、FT-IR和SEM表征圖1為本文合成的MOF(Ni)-74的XRD圖譜。圖2為MOF(Ni)-74吸附剛果紅前后的FT-IR圖譜。圖3為MOF(Ni)-74在不同倍率下的SEM圖。2.2

剛果紅初始濃度和接觸時(shí)間對(duì)吸附性能的影響稱(chēng)取10

mg吸附劑MOF(Ni)-74，加入到50mL濃度分別為5、10、20、40、60

、80

mg/L的剛果紅溶液中進(jìn)行震蕩。然后分別間隔30、60、120、240、480、960min測(cè)上清液的吸光度，研究吸附時(shí)間和剛果紅初始濃度對(duì)MOF(Ni)-74吸附剛果紅效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。2.3

投加量對(duì)吸附性能的影響向初始濃度為60mg/L剛果紅溶液中加入不同質(zhì)量的吸附劑MOF(Ni)-74，研究MOF(Ni)-74用量對(duì)吸附效果的影響。圖5為吸附劑

MOF(Ni)-74用量對(duì)剛果紅吸附量和去除率的影響。2.4

pH對(duì)吸附性能的影響取50mL（60mg/L）剛果紅溶液，采用0.1mol/L

NaOH溶液和0.1mol/L

HCl溶液調(diào)節(jié)剛果紅溶液至pH

3~11，MOF(Ni)-74吸附劑的投加量為10mg，在30

℃恒溫振蕩480min，考察溶液pH對(duì)MOF(Ni)-74吸附剛果紅效果的影響，結(jié)果如圖6所示。2.5

Na+濃度對(duì)吸附性能的影響工業(yè)廢水以及生活污水水體環(huán)境混亂復(fù)雜，組分多。脫除廢水中相應(yīng)污染物難免會(huì)受到其他類(lèi)污染物分子的影響，其中包括一些無(wú)機(jī)鹽及其相應(yīng)的離子，如Na+就為常見(jiàn)的離子，本文選取鈉離子作為研究對(duì)象。往50mL（60mg/L）剛果紅溶液中加入不同質(zhì)量的NaCl，研究Na+濃度對(duì)吸附性能的影響，結(jié)果見(jiàn)圖7。2.6

吸附等溫線(xiàn)吸附等溫線(xiàn)可以在一定溫度條件下，描述吸附劑與吸附質(zhì)之間的相互作用。分別采用Langmuir、Freundlich和Temkin等溫吸附模型對(duì)剛果紅吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。2.7

吸附動(dòng)力學(xué)

采用了擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)、顆粒內(nèi)擴(kuò)散和雙常數(shù)3種動(dòng)力學(xué)方程對(duì)剛果紅的吸附動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了研究。2.8

吸附熱力學(xué)在溫度303.15、313.15、323.15K條件下，MOF(Ni)-74對(duì)剛果紅進(jìn)行吸附。3

結(jié)論結(jié)論本文采用溶劑熱法成功制備了MOF(Ni)-74，并將其作為吸附劑去除偶氮染料剛果紅。實(shí)驗(yàn)表明，MOF(Ni)-74的吸附量隨著剛果紅初始濃度的增加而增加，在480min內(nèi)達(dá)到吸附平衡；pH對(duì)吸附效果有很大的影響，pH≤7，吸附量隨著pH的升高而升高；pH>7，吸附量逐漸降低；隨著Na+濃度的增加，吸附量減少。MOF(Ni)-74吸附剛果紅的動(dòng)力學(xué)符合雙常數(shù)動(dòng)力學(xué)模型，等溫線(xiàn)符合Freundlich模型，說(shuō)明反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，對(duì)剛果紅的吸附發(fā)生在非均