金属有机骨架材料ZIF⁃67对甲基橙的吸附性能

doi:10.3969/j.issn.1672-6952.2021.04.006

摘要/Abstract

摘要：

采用溶剂热法合成了金属有机骨架材料ZIF?67，并通过扫描电子显微镜（SEM）、X?射线粉末衍射（XRD）、傅里叶红外光谱（FT?IR）以及热重（TG）对其进行表征。将合成的ZIF?67用于水中甲基橙的吸附，系统地研究了pH、吸附剂质量、甲基橙初始质量浓度、接触时间和温度对吸附性能的影响。结果表明，当ZIF?67质量为20 mg、pH为7时，吸附效果最好；在303 K下吸附25 min达到平衡；在303 K下，ZIF?67对甲基橙的理论最大吸附量为152.67 mg/g。等温吸附数据符合Langmuir等温吸附模型，吸附动力学符合准二级吸附动力学模型，该吸附过程是一个自发的放热过程。乙醇可以对吸附后的ZIF?67较好地脱附，经过6次吸附?脱附循环仍保持较好的吸附效果。

关键词: ZIF?67, 甲基橙, 吸附, 动力学, 热力学

Abstract:

Metal organic framework ZIF?67 has been successfully fabricated via solvothermal method. The as?synthesized ZIF?67 was characterized by scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, X?ray powder diffraction and thermogravimetric analysis. The adsorption property of ZIF?67 for methyl orange was investigated. The effects of pH value, dosage of adsorbent, initial concentration of methyl orange solution, contact time and temperature were discussed. The results show that the most proper dosage of ZIF?67 is 20 mg. When the pH value of the dye solution is 7, the adsorption capacity is the best. At 303 K, the adsorption reached an equilibrium within 25 min. The maximum adsorption capacity of ZIF?67 for methyl orange is 152.67 mg/g at 303 K. The isotherm data followed the Langmuir isotherm model and the kinetic adsorption obeyed the pseudo?second?order model. Thermodynamic parameters illustrated that the adsorption process is spontaneous and endothermic. The spent ZIF?67 has excellent regenerative performance by treating with ethanol, and the adsorption ability of ZIF?67 remains good after six adsorption?desorption cycles.

Key words: ZIF?67, Methyl orange, Adsorption, Kinetics, Thermodynamics

中图分类号:

O614

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图/表 16

图1 ZIF?67的XRD谱图

图2 ZIF?67的FT?IR谱图

图3 ZIF?67的SEM照片

图4 ZIF?67的TG曲线

图5 pH对甲基橙吸附量的影响

图6 ZIF?67剂量对甲基橙移除率的影响

图7 甲基橙的初始质量浓度对吸附量的影响

图8 不同温度下接触时间对甲基橙吸附量的影响

图9 ZIF?67吸附甲基橙的Langmuir和Freundlich等温线

表1 303 K下吸附等温方程的拟合参数

Langmuir模型				Freundlich模型
q_m/(mg·g^-1)	K_L/(L·mg^-1)	R²		n	K_F/(mg·g^-1)	R²
152.67	0.504	0.997 1		3.274	54.82	0.867 7

图10 ZIF?67吸附甲基橙的准一级和准二级动力学拟合曲线

表2 准一级动力学拟合参数

T/K	q_e，exp/(mg·g^-1)	q_e，cal/(mg·g^-1)	k₁/min^-1	R²
303	24.70	5.131	0.084 3	0.788 8
313	24.60	7.503	0.132 9	0.917 0
323	24.50	4.109	0.114 8	0.864 5

表3 准二级动力学拟合参数

T/K

q_e，exp/

(mg·g^-1)

q_e，cal/

(mg·g^-1)

k₂/

(g·mg^-1·min^-1)

表4 不同温度下吸附的热力学参数

ΔH/

(kJ·mol^-1)

ΔS/

(J·mol^-1·K^-1)

ΔG/

(kJ·mol^-1)

图11 ZIF?67对甲基橙与亚甲基蓝混合溶液的选择性吸附

图12 不同循环次数的甲基橙移除率

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