研究报告
王健,苏冰琴,权晓慧,常占坤,李瑞.MIL-101（Fe）的优化制备及其对硝酸盐的吸附机制研究[J].环境科学学报,2023,43(2):147-159
MIL-101（Fe）的优化制备及其对硝酸盐的吸附机制研究
- Study on optimization preparation of MIL-101（Fe） and its adsorption mechanisms for nitrate
- 关键词：溶剂热法 MIL-101（Fe） 响应面优化 硝酸盐 吸附机理
- 基金项目：国家自然科学基金（No.22008167）；山西省自然科学基金（No.201801D121274）
- 作者
- 单位
- 王健
- 太原理工大学环境科学与工程学院，晋中 030600;山西省市政工程研究生教育创新中心，晋中 030600
- 苏冰琴
- 太原理工大学环境科学与工程学院，晋中 030600;山西省市政工程研究生教育创新中心，晋中 030600
- 权晓慧
- 太原理工大学环境科学与工程学院，晋中 030600;山西省市政工程研究生教育创新中心，晋中 030600
- 常占坤
- 太原理工大学环境科学与工程学院，晋中 030600;山西省市政工程研究生教育创新中心，晋中 030600
- 李瑞
- 太原理工大学环境科学与工程学院，晋中 030600
- 摘要：采用溶剂热法，制备金属有机骨架（MOFs）材料MIL-101（Fe）吸附去除水中的NO3-，利用Box-Behnken响应面法对MIL-101（Fe）的合成条件进行了优化，设定FeCl3投加量、TPA投加量及合成时间3个影响因素，建立了NO3-吸附量与各因素之间的二次多项式模型，确定了MIL-101（Fe）的最优合成条件，并利用SEM-EDS、FTIR和BET等方法对吸附材料进行了表征.同时，通过静态吸附实验，探究了MIL-101（Fe）投加量、吸附 时间、溶液pH值对材料吸附性能的影响.结果表明，MIL-101（Fe）吸附NO3-的最优条件为：MIL-101（Fe）投加量0.2 g， pH=8.0，温度15 ℃，NO3-初始浓度30 mg?L-1，吸附时间120 min，在此条件下NO3-的吸附量为12.12 mg?g-1，吸附率达80.80%.吸附过程符合拟二级动力学模型、颗粒内扩散模型和Langmuir吸附等温模型.MIL-101（Fe）对NO3-的吸附作用主要体现为以静电作用和Cl-与NO3-之间的离子交换作用为主的化学吸附.
- Abstract：The solvothermal method was used to prepare MIL-101（Fe）， a type of MOFs material， to adsorb NO3- in water. The synthesis conditions of MIL-101（Fe） were optimized using Box-Behnken response surface method. FeCl3 dosage， TPA dosage， and synthesis time were set as the impacting factors. The quadratic polynomial model was constructed to describe the relationship between NO3- adsorption rate and the impacting factors. Subsequently， the optimal synthesis conditions of MIL-101（Fe） were determined. The physicochemical properties of MIL-101（Fe） were characterized by SEM-EDS， FTIR， and BET. The effects of MIL-101（Fe） dosage， adsorption time， and solution pH on NO3- adsorption were investigated. The results showed that the adsorption capacity of MIL-101（Fe） for NO3- was 12.12 mg?g-1 with the removal rate of 80.80% under the optimized conditions at a dosage of 0.2 g， pH=8.0， 15 ℃， an initial NO3- concentration of 30 mg?L-1， and a 120-min adsorption time. The pseudo-second-order kinetic model， Weber-Morris model， and Langmuir isotherm adsorption model better described the adsorption process. The adsorption of NO3- in water by MIL-101（Fe） was mainly via electrostatic interaction and ion exchange between Cl- and NO3-.
- Key words：solvothermal method MIL-101（Fe） response surface optimization nitrate adsorption mechanism
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