基于改性锆基金属有机骨架对偶氮染料的吸附性能研究

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偶氮染料作为当今染料化学的最大组成部分,在各行业生产中发挥着至关重要的作用。近年来,由于其在水环境中大量排放而引起的诸多问题,引起了人们的广泛关注。尽管现有许多经过试验和测试的方法来完成偶氮染料的去除,但大多数都有一个共同的缺点,即对环境产生二次污染。吸附法是当今最有效的偶氮染料去除技术之一,可以在短时间内有效地去除偶氮废水中的染料颗粒,且不会产生有害的副产物。因此,根据偶氮染料的特点,开发高效、环保、经济、实用的吸附材料具有必要的现实意义。金属有机骨架作为一种新型材料,因其具有极高的比表面积、均匀的结构、可调节的孔径和化学性质等优点,在吸附和分离领域有着很大的应用潜力。其中锆基金属有机骨架由于其高热稳定性和化学稳定性而备受青睐,然而已报道的锆基金属有机骨架存在着吸附容量有限、非选择性、回用效率低等问题,限制其进一步发展。因此,本研究针对偶氮染料的理化性质,目的是制备具有高稳定性和高吸附效率的锆基金属有机骨架吸附剂,并探索该吸附剂对偶氮染料的吸附机理。研究内容和结论如下:(1)论文采用简单的溶剂热法,通过引入官能团和掺杂金属离子改性,成功制备了两种新型吸附材料CN-UiO和CNN-UiO。通过扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TG)、X射线衍射仪(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)对改性材料进行了表征。表征结果分析显示,合成材料为不规则的纳米球形态,具有良好的分散性和均匀性。氨基和铈、镍金属成功引入锆基金属有机骨架。与未改性的UIO-66相比,比表面积和孔容得到提升,且显示出了相似的稳定性。(2)依托吸附实验研究各种影响因素(投加量、p H、离子强度和脱附与再生)对吸附偶氮染料的影响。吸附效果为:CNN-UiO>CN-UiO,且吸附效率随吸附剂投加量的增加而减少。p H的影响实验表明,当p H=6时,两种改性材料的吸附能力最好。离子强度实验表明,合成材料良好的抗离子干扰能力。脱附和再生实验表明,CN-UiO和CNN-UiO具有良好的再生和再利用性能。(3)探究了两种改性材料的吸附特性。吸附动力学和等温实验分析结果显示,CN-UiO和CNN-UiO对偶氮染料的吸附过程均符合朗格缪尔(Langmuir)等温式和准二阶动力学模型。从热力学实验的结果可知,吸附反应为吸热自发过程。偶氮染料分子与CN-UiO和CNN-UiO之间的相互作用涉及多种机制,主要包括静电相互作用、离子交换、氢键和金属配位。(4)探究CN-UiO和CNN-UiO对混合染料的选择吸附特性,表明在二元混合体系的吸附过程中存在着一定的竞争吸附,且两种改性材料更倾向于选择性吸附刚果红。将CN-UiO和CNN-UiO应用于污水厂和印染厂废水对偶氮染料去除,结果显示两种改性材料对甲基橙都有很高的去除率,表明CN-UiO和CNN-UiO在偶氮染料废水处理中具有广阔的应用前景。
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