ZIF-8@SA對(duì)Pb(Ⅱ) 的吸附性能和機(jī)理研究

背景介紹沸石咪唑骨架材料ZIF-8

是一種比表面積大、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好的金屬有機(jī)骨架材料。且ZIF-8

結(jié)合了金屬有機(jī)骨架材料和天然沸石的優(yōu)點(diǎn)，理論上對(duì)Pb(

Ⅱ)

具有很好的吸附去除效果。但粉末狀的ZIF-8

不易從水中分離，限制了其在水處理中的應(yīng)用。海藻酸鈉(SA)是一種天然高分子材料，與傳統(tǒng)吸附材料相比，具有生物相容性好、來源廣、成本低和易回收的特點(diǎn)。經(jīng)常被制備成微球，應(yīng)用于催化、載藥和水處理等方面。以海藻酸鈉為載體，將ZIF-8

與海藻酸鈉復(fù)合成微球可有效解決粉末狀ZIF-8

難從水中分離的問題。文章亮點(diǎn)1.

以海藻酸鈉(SodiumAlginate，SA)

為前驅(qū)體，將沸石咪唑骨架材料ZIF-8

加入SA

中，制備出ZIF-8@SA

復(fù)合材料；2.

ZIF-8@SA

對(duì)Pb(

Ⅱ)的等溫吸附過程符合Langmuir

模型，為單層吸附，

303.15K

時(shí)，理論最大吸附量為330.364mg/g，吸附動(dòng)力學(xué)過程符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，ZIF-8@SA

對(duì)Pb(

Ⅱ)

的吸附過程是自發(fā)的、吸熱的；3.

ZIF-8@SA

可循環(huán)使用，是一種理想的吸附材料。內(nèi)容簡(jiǎn)介1

實(shí)驗(yàn)部分1.1

主要儀器和試劑1.2

ZIF-8的制備1.3

ZIF-8@SA的制備1.4

吸附實(shí)驗(yàn)2

結(jié)果與討論2.1

XRD分析圖1為ZIF-8和ZIF-8@SA的XRD圖。從圖中可以看出，ZIF-8的XRD衍射譜與文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果相一致。衍射峰強(qiáng)度很強(qiáng)，說明合成的ZIF-8的結(jié)晶度高。ZIF-8@SA的衍射譜中出現(xiàn)了ZIF-8的特征衍射峰，只是ZIF-8的衍射峰強(qiáng)度有所減弱，這是由于所合成的ZIF-8@SA中的ZIF-8含量有限導(dǎo)致的。因此，ZIF-8與SA復(fù)合成ZIF-8@SA后，ZIF-8的晶體結(jié)構(gòu)并不受影響。2.2

XPS分析采用XPS對(duì)吸附前后的樣品ZIF-8@SA進(jìn)行表征分析。ZIF-8@SA吸附Pb(II)前后的XPS全譜如圖2a所示。2.3

接觸時(shí)間和Pb(II)初始濃度對(duì)ZIF-8@SA吸附Pb(II)效果的影響2.4

吸附劑用量對(duì)吸附去除效果的影響2.5

吸附等溫線模型2.6

吸附動(dòng)力學(xué)研究2.7

吸附熱力學(xué)研究溫度通過影響吸附過程的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)來影響吸附的平衡趨勢(shì)。因此，從熱力學(xué)角度對(duì)吸附機(jī)理進(jìn)行研究是非常必要的。圖8a為溫度對(duì)ZIF-8@SA吸附Pb(II)的影響。從圖中可以看出，隨著溫度的升高，ZIF-8@SA對(duì)Pb(II)的吸附量增大。2.8

吸附劑的循環(huán)使用性分析3

結(jié)論ZIF-8@SA復(fù)合材料對(duì)Pb(II)表現(xiàn)出良好的吸附性能。ZIF-8@SA對(duì)Pb(II)的吸附等溫線符合Langmuir模型，為單層吸附。303.15

K時(shí)，理論最大吸附量為330.364mg/g。ZIF-8@SA對(duì)Pb(II)的吸附過程符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，吸附過程比較穩(wěn)定，且在240min時(shí)達(dá)到吸附平衡。在實(shí)驗(yàn)溫度條件下，ZIF-8@SA對(duì)Pb(II)的吸附是一個(gè)吸熱過程