Zn-MOF-74对Cd（Ⅱ）的吸附性能及机理研究

doi:10.11894/iwt.2019-0019

工业水处理 ›› 2020, Vol. 40 ›› Issue (2): 63-67. doi: 10.11894/iwt.2019-0019

Zn-MOF-74对Cd（Ⅱ）的吸附性能及机理研究

吴成晨¹(),肖瑜^1,*(),吴川²,郑潇¹,陈钊¹,舒小华^1,*()

1. 桂林理工大学广西岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心, 广西桂林 541004
2. 上海华峰超纤科技股份有限公司, 上海 201508

收稿日期:2019-11-20 出版日期:2020-02-20 发布日期:2020-02-22
通讯作者: 肖瑜,舒小华 E-mail:2252266501@qq.com;657683458@qq.com;sxh-9911@163.com
作者简介:吴成晨(1992-),硕士研究生。E-mail:2252266501@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(51569008);广西自然科学基金项目(2015GXNSFAA139240);广西矿冶与环境科学实验中心项目(KH2012ZD004);广西高校中青年教师基础能力提升项目(2018KY0259)

Adsorption performance and mechanism of Cd(Ⅱ) onto Zn-MOF-74

Chengchen Wu¹(),Yu Xiao^1,*(),Chuan Wu²,Xiao Zheng¹,Zhao Chen¹,Xiaohua Shu^1,*()

1. Guangxi Collaborative Innovation Center for Water Pollution Control and Water Safety in Karst Area, Guilin University of Technology, Guilin 541004, China
2. Huafon Microfibre(Shanghai) Co., Ltd., Shanghai 201508, China

Received:2019-11-20 Online:2020-02-20 Published:2020-02-22
Contact: Yu Xiao,Xiaohua Shu E-mail:2252266501@qq.com;657683458@qq.com;sxh-9911@163.com
Supported by:
国家自然科学基金项目(51569008);广西自然科学基金项目(2015GXNSFAA139240);广西矿冶与环境科学实验中心项目(KH2012ZD004);广西高校中青年教师基础能力提升项目(2018KY0259)

摘要/Abstract

摘要：

研究了新型吸附材料Zn-MOF-74对水体中重金属Cd（Ⅱ）的吸附性能和吸附机理。结果表明，吸附过程较好地符合Langmuir模型、Temkin模型、D-R模型和准二级动力学模型，最大吸附量为16.77 mg/g；吸附过程为物理吸附和化学吸附共同作用，且为自发的放热反应。采用Zn-MOF-74处理0.5 mg/L的含镉废水，有效时长可达36.25 h，Cd（Ⅱ）去除率>90%；NaCl溶液的解吸率可达到85%。吸附位点主要集中在孔道中，有静电作用、化学作用和氢键作用。

关键词: Zn-MOF-74, 吸附, Cd（Ⅱ）

Abstract:

This paper was aimed at studying the performance and mechanism of Zn-MOF-74, a new porous adsorbent material, for removing heavy metal cadmium in water. The results showed that the static adsorption process accordedwith Langmuir, Temkin, D-R and pseudo-second-order models, and the maximum adsorption capacity was 16.77 mg/g. The adsorption process was a combination of physical adsorption and chemical adsorption with a self-heating reaction. In the dynamic adsorption experiment, the Cd(Ⅱ) removal rate of 90% was achieved within 36.25 h for degrading the cadmium the initial concentration of 0.5 mg/L. Additionally, the desorption rate reached 85% in 0.25 mol/L NaCl solution. The adsorption sites were mainly concentrated in the micropores and mesopores by electrostatic action, chemical action and hydrogen bonding.

Key words: MOF-Zn-74, adsorption, Cd(Ⅱ)

中图分类号:

X703

吴成晨,肖瑜,吴川,郑潇,陈钊,舒小华. Zn-MOF-74对Cd（Ⅱ）的吸附性能及机理研究[J]. 工业水处理, 2020, 40(2): 63-67.

Chengchen Wu,Yu Xiao,Chuan Wu,Xiao Zheng,Zhao Chen,Xiaohua Shu. Adsorption performance and mechanism of Cd(Ⅱ) onto Zn-MOF-74[J]. Industrial Water Treatment, 2020, 40(2): 63-67.

https://www.iwt.cn/CN/Y2020/V40/I2/63

图/表 7

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T/K	q_exp/ (mg·g^-l)	Langmuir			Freundlich			Temkin			D-R
T/K	q_exp/ (mg·g^-l)	q_max/(mg·g^-1)	b/(L·mg^-1)	R²	K_F	n	R²	A_T/(L ·min^-1)	B_T	R₂	q_max/(mg·g^-1)	E_a/(kJ·mol^-1)	R²
298	15.42	16.77	0.062	0.98	2.69	2.63	0.91	0.85	3.37	0.97	16.4	4.51	0.99
308	13.64	15.45	0.055	0.96	2.27	2.57	0.89	0.74	3.08	0.93	14.96	4.21	0.95
318	12.6	14.83	0.060	0.97	2.36	2.72	0.88	0.83	2.84	0.95	13.64	4.57	0.95

T/K	q_exp/ (mg·g^-l)	Langmuir			Freundlich			Temkin			D-R
T/K	q_exp/ (mg·g^-l)	q_max/(mg·g^-1)	b/(L·mg^-1)	R²	K_F	n	R²	A_T/(L ·min^-1)	B_T	R₂	q_max/(mg·g^-1)	E_a/(kJ·mol^-1)	R²
298	15.42	16.77	0.062	0.98	2.69	2.63	0.91	0.85	3.37	0.97	16.4	4.51	0.99
308	13.64	15.45	0.055	0.96	2.27	2.57	0.89	0.74	3.08	0.93	14.96	4.21	0.95
318	12.6	14.83	0.060	0.97	2.36	2.72	0.88	0.83	2.84	0.95	13.64	4.57	0.95

T/K	q _exp/ (mg·g^-1)	准一级动力学模型				准二级动力学模型
T/K	q _exp/ (mg·g^-1)	q_eq/ (mg·g^-1)	k₁/min^-1	R²	q_eq/ (g·mg^-1.min^-1)	k₂/ (g·^mg^-^l·^min^-l)	R²
298	1.94	1.17	0.002	0.77	1.97	0.041	0.99
308	1.89	1.01	0.002	0.74	1.90	0.045	0.99
318	1.80	0.84	0.002	0.62	1.87	0.050	0.99

T/K	q _exp/ (mg·g^-1)	准一级动力学模型				准二级动力学模型
T/K	q _exp/ (mg·g^-1)	q_eq/ (mg·g^-1)	k₁/min^-1	R²	q_eq/ (g·mg^-1.min^-1)	k₂/ (g·^mg^-^l·^min^-l)	R²
298	1.94	1.17	0.002	0.77	1.97	0.041	0.99
308	1.89	1.01	0.002	0.74	1.90	0.045	0.99
318	1.80	0.84	0.002	0.62	1.87	0.050	0.99

T/K	第1阶段			第2阶段			第3阶段
T/K	k_p1/(mg · g^-1 · min^-0.5	C/(mg·g^-1)	R²	k_p2/(mg · g^-1·min^-0.5	C/(mg·g^-1)	R²	k_p3/(mg · g^-1· min^-0.5	C/(mg·g^-1)	R²
298	0.476	0.147	0.992	0.063	0.939	0.986	0.011 6	1.667	0.746
308	0.527	0.116	0.995	0.051	1.077	0.975	0.012 5	1.593	0.880
318	0.621	0.023	0.999	0.039	1.227	0.935	0.009 37	1.580	0.939

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初始质量浓度/(mg.L^-i)	流速/ (cm. min^-1)	柱高/ mm	流量/L	停留时间/min	穿透时间/h	吸附量/ (mg.g^-1)
0.5	3.12	18	5.32	0.57	36.25	1.25
2.5	3.12	18	1.32	0.57	9.03	1.64
5	3.12	18	0.18	0.57	1.25	0.45
2.5	3.12	9	0	0.28	0	0
2.5	3.12	27	2.51	0.86	17.12	2.08
2.5	2.02	18	1.52	0.89	16.0	1.88
2.5	4.17	18	1.40	0.42	7.15	1.73

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