吡啶基碳纳米笼的阳离子染料吸附性能研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-1235

摘要/Abstract

摘要：

采用一步法制备了以氮掺杂碳纳米笼（NCNCs）为组成单元的分级多孔碳微球，采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X-射线衍射（XRD）等技术手段对其进行表征，并以阳离子染料罗丹明B（Rh-B）和亚甲基蓝（MB）模拟废水作为处理对象，考察其吸附性能。结果表明，由于其多级的孔隙结构，吸附剂的吸附效果随着染料分子体积的减小而增大，对Rh-B和MB的最大吸附容量分别达到318 mg/g和505 mg/g。吸附过程均符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附方程，并且四次回收后的吸附效率可以保持在99%。

关键词: 碳纳米笼, 阳离子染料, 印染废水处理

Abstract:

Graded porous carbon microspheres with nitrogen-doped carbon nanocages（NCNCs） were prepared by one-step method，which were analyzed by scanning electron microscope（SEM），transmission electron microscope（TEM） and X-ray diffractometer（XRD）. Using cationic dyes Rhodamine B（Rh-B） and methylthionine chloride（MB） as simulate waste water，the adsorption performance of prepared NCNCs was investigated. The results showed，because of its multistage pore structure，the adsorption effect of adsorbent increased with the decrease of dye molecular volume，and the maximum adsorption capacity for Rh-B and MB reached 318 mg/g and 505 mg/g respectively. The adsorption process met the quasi-second-order kinetic equation and Langmuir isotherm equation，and the adsorption efficiency could be kept at 99% after four times of recovery.

Key words: carbon nanocage, cationic dye, printing and dyeing wastewater treatment

中图分类号:

X703.1

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https://www.iwt.cn/CN/Y2022/V42/I9/109

图/表 12

图1 NCNCs的SEM图（a-b）和TEM图（c-d）

Fig. 1 SEM（a-b） and TEM（c-d） images of NCNCs

图2 NCNCs的XRD图（a）、XPS谱图（b）、N 1s的XPS谱图（c）、O 1s的XPS谱图（d）、静态接触角（e）

Fig. 2 XRD（a），XPS（b），N 1s peak（c），O 1s peak images（d） and static contact angle（e） of NCNCs

图3 NCNCs的N₂吸附-脱附等温曲线（a）和BJH孔径分布（b）

Fig.3 N₂ adsorption/desorption isotherms（a） and pore diameter distribution for NCNCs（b）

图4 时间对吸附效果的影响

Fig.4 Effect of time on adsorption

图5 染料初始浓度对吸附性能的影响

Fig.5 Effect of initial dye concentration on adsorption performance

图6 pH对吸附量和吸附率的影响

Fig.6 Effect of pH on adsorption capacity and adsorption rate

图7 NCNCs的吸附动力学

Fig.7 Adsorption kinetics of NCNCs

表1 吸附动力学参数

Table 1 Adsorption kinetic parameters

吸附质	准一级动力学			准二级动力学
吸附质	k ₁/min^-1	q _e/（mg·g^-1）	R ²	k ₂/（g·mg^-1·min^-1）	q _e/（mg·g^-1）	R ²
Rh-B	0.896 3	287.82	0.971 5	0.006 343	295.60	0.989 8
MB	0.691 4	412.18	0.976 1	0.003 073	427.38	0.995 2

图8 NCNCs吸附热力学拟合

Fig.8 Adsorption thermodynamic fitting of NCNCs

表2 吸附等温线拟合参数

Table 2 Adsorption isotherm fitting parameters

吸附质	Langmuir			Freundlich
吸附质	q _m/（mg·g^-1）	K _L/（L·mg^-1）	R ²	K _F/（mg^1-1/n·L^1/n·g^-1）	1/n	R ²
Rh-B	318.27	4.685	0.983 5	235.84	0.180 4	0.856 4
MB	505.78	2.582	0.943 5	325.28	0.355 4	0.918 3

图9 NCNCs的Zeta电位

Fig. 9 Zeta potential of NCNCs

表3 再生次数对吸附效果的影响

Table 3 Effect of regeneration times on adsorption rate

次数/次	0	1	2	3	4
Rh-B吸附率/%	99.03	98.71	98.44	98.12	97.80
MB吸附率/%	99.51	99.32	99.10	98.82	98.49

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