镍掺杂MIL-53（Fe）吸附亚甲基蓝性能研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2022-1055

摘要/Abstract

摘要：

利用溶剂热法制备了Ni-MIL-53（Fe）复合材料，通过改变液相体系的pH、温度、浓度等条件对Ni-MIL-53（Fe）吸附亚甲基蓝（MB）的性能进行了探究。结果表明，Ni-MIL-53（Fe）吸附MB的最优pH为6，在一定的考察区间内，吸附量随MB初始质量浓度和温度的升高而逐渐升高。Ni-MIL-53（Fe）对MB的吸附过程符合Langmuir等温吸附模型和二级动力学模型，323 K下最大理论吸附量可达198.8 mg/g。303、313、323 K温度下Ni-MIL-53（Fe）吸附MB的ΔG均小于0，证明该复合材料吸附MB的过程是自发进行的；ΔΗ>0，说明该复合材料对MB的吸附是吸热反应。Ni-MIL-53（Fe）再生循环利用5次后对MB的去除率依然良好，说明该复合材料循环利用性能良好。

关键词: MIL-53（Fe）, 镍掺杂, 吸附性能, 金属有机骨架, 亚甲基蓝

Abstract:

Ni-MIL-53（Fe） composite material was prepared by solvothermal method. The adsorption performance of methylene blue（MB） by Ni-MIL-53（Fe） was investigated by changing the pH，temperature and concentration of the liquid phase system. The experimental results showed that the optimal pH for Ni-MIL-53（Fe） to adsorb MB were 6. Within a certain inspection range，the adsorption capacity gradually increased with the increase of the initial mass concentration of MB and temperature. It was found that the adsorption process of MB by Ni-MIL-53（Fe） was consistent with Langmuir isothermal adsorption model and second-order kinetic model，and when the temperature was 323 K，the maximum theoretical adsorption capacity could reach 198.8 mg/g. ΔG of MB adsorption by Ni-MIL-53（Fe） at temperatures 303，313 and 323 K were all less than 0，indicating that the process of MB adsorption on the composite material was spontaneous. ΔΗ>0 indicated that the adsorption of MB on the composite material was an endothermic reaction. After 5 cycles of Ni-MIL-53（Fe） regeneration and reuse，the removal rate of MB was still good，indicating that the composite material had good recycling performance.

Key words: MIL-53（Fe）, nickel doped, adsorption property, metal-organic frameworks, methylene blue

中图分类号:

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https://www.iwt.cn/CN/Y2023/V43/I11/154

图/表 13

图1 MIL-53（Fe）和Ni-MIL-53（Fe）的XRD

Fig. 1 XRD patterns of MIL-53（Fe） and Ni-MIL-53（Fe）

图2 MIL-53（Fe）和Ni-MIL-53（Fe）的SEM

Fig. 2 SEM images of MIL-53（Fe） and Ni-MIL-53（Fe）

图3 MIL-53（Fe）和Ni-MIL-53（Fe）的FT-IR谱图

Fig. 3 FT-IR spectra of MIL-53（Fe） and Ni-MIL-53（Fe）

图4 pH对Ni-MIL-53（Fe）吸附MB效果的影响

Fig. 4 Effect of pH on adsorption of MB by Ni-MIL-53（Fe）

图5 MB初始质量浓度及温度对Ni-MIL-53（Fe）吸附MB效果的影响

Fig. 5 Effects of MB initial mass concentration and temperature on adsorption of MB by Ni-MIL-53（Fe）

图6 Ni-MIL-53（Fe）选择性吸附实验结果

Fig. 6 Selective adsorption experiment results of Ni-MIL-53（Fe）

图7 Ni-MIL-53（Fe）5次循环利用对MB的去除率

Fig. 7 The removal rates of MB by five cycles of Ni-MIL-53（Fe）

图8 Langmuir（a）和Freundlich（b）等温吸附拟合曲线

Fig. 8 Langmuir （a） and Freundlich （b） isotherm adsorption fitting curves

表1 Ni-MIL-53（Fe）吸附MB的等温吸附拟合参数

Table 1 The fitting parameters of isothermal adsorption for MB adsorption by Ni-MIL-53（Fe）

温度/K	Langmuir模型				Freundlich模型
温度/K	q _m/（mg·g^-1）	K _L/（L·mg^-1）	R _L	R ²	K _F	1/n	R ²
303	163.4	0.218 9	0.132 1	0.994 3	46.48	0.463	0.985 9
313	180.8	0.374 4	0.081 8	0.991 2	59.27	0.384	0.990 6
323	198.8	0.941 5	0.034 2	0.990 4	81.38	0.268	0.981 9

图9 Ni-MIL-53（Fe）吸附MB的准一级（a）和准二级（b）动力学拟合曲线

Fig. 9 Fitting curves of pseudo-first-order kinetics（a） and pseudo-second-order kinetics（b） for MB adsorption by Ni-MIL-53（Fe）

表2 Ni-MIL-53（Fe）吸附MB的动力学拟合参数

Table 2 Kinetic fitting parameters for MB adsorption by Ni-MIL-53（Fe）

MB质量浓度/（mg·L^-1）	实际吸附量/（mg·g^-1）	准一级动力学			准二级动力学
MB质量浓度/（mg·L^-1）	实际吸附量/（mg·g^-1）	q _e1/（mg·g^-1）	k ₁/min^-1	R ²	q _e2/（mg·g^-1）	k ₂/（g·mg^-1·min^-1）	R ²
30	57.93	18.45	0.128 2	0.995 8	53.85	0.640 3	0.999 9
40	76.19	14.44	0.107 3	0.996 9	68.12	0.945 8	0.999 7

表3 Ni-MIL-53（Fe）吸附MB的热力学参数

Table 3 Thermodynamic parameters of MB adsorption by Ni-MIL-53（Fe）

染料

ΔG/（kJ·mol^-1）

ΔΗ/（kJ·mol^-1）

ΔS/

（J·mol^-1·K^-1）

表4 不同吸附剂对MB吸附性能的比较

Table 4 Comparison of MB adsorption performances of different adsorbents

吸附剂	q _m/（mg·g^-1）	参考文献
Ni-MOF	156	〔20〕
MIL-101（Fe）	117.7	〔21〕
UIO-66	107	〔22〕
MOF-Fe	149.25	〔23〕
Zn-MOF	139.6	〔24〕
Cu-BTC	101.21	〔25〕
Ni-MIL-53（Fe）	198.8	本研究

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