孔杂化凝胶吸附有机染料的动力学、热力学及机理

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本论文采用无模板溶胶-凝胶技术,以Si(OC2H54(TEOS)和(C2H5O)3Si(CH22CH3(PTES)或(CH3O)3Si(CH26Si(OCH33(TSH)或(CH3O)3Si(CH23NH(CH23Si(OCH33(TSPA)的混合物为前驱物制备了三种不同的杂化干凝胶(分别为干凝胶1、2、3),利用N2吸附-脱附、红外、热重、PZC及水蒸汽吸附等手段对干凝胶进行了表征,对比研究了三种干凝胶在酸性及碱性溶液中对甲基橙(MO)、甲基红(MR)、溴甲酚紫(BP)、苯酚红(PR)、中性红(NR)和亮蓝FCF(BBF)的吸附性能。干凝胶1、2、3的BET比表面积分别为387、695、233 m2·g-1,孔径分别为17.7、3.74、18.8 nm,PZC分别约为6.28、6.20、6.88。红外和热分析确认了凝胶中有机基团的存在,凝胶2的疏水性能最强,凝胶1、3的疏水性能相近。三种干凝胶对不同染料的吸附量,酸性条件高于碱性条件(NR除外)。酸性条件下,凝胶1和2对染料(BP除外)的吸附具有相似的趋势,而凝胶3则不同。碱性条件下,三种凝胶对不同染料的吸附呈现相同的趋势,即NR>>MR~BBF>MO>BP~PR。研究了干凝胶2在溶液中对NR和BBF吸附的动力学和热力学。吸附动力学符合准二级动力学关系,起始吸附速率随温度的升高而增大,NR和BBF的吸附活化能分别为42.7~51.1 kJ·mol-1和45.0~61.0 kJ·mol-1,内扩散过程可能是吸附过程的控速步骤。两种染料的吸附等温线都可用Langmuir和Freundlich等温式描述,但更符合Freundlich等温模型,对于两种染料,吸附热力学参数ΔGo、ΔHo和ΔSo皆为负值,说明干凝胶对染料的吸附是有序程度提高的、放热的自发过程。以TSPA或TSPA与TSH、PTES及TEOS三者之一的混合物为前驱物制备了四种不同的杂化湿凝胶(分别为湿凝胶1、2、3、4),用这四种湿凝胶在水溶液中对BBF进行了吸附实验,研究了温度、pH和离子强度对吸附的影响,综合对比了不同条件下的吸附量和湿凝胶的收缩率。不同条件下,湿凝胶对BBF的吸附动力学都可用准二级动力学方程描述,初始吸附速率随温度的升高而增大,随pH值和离子强度的增大而减小,内扩散很可能是吸附过程的控速步骤。吸附7天之后,四种湿凝胶对BBF的吸附量受温度的影响不大,但随pH值和离子强度的增大而减小,遵循相似的规律。四种湿凝胶的收缩率随温度的升高而增大,受pH和离子强度的影响不大。在不同的温度、pH和离子强度下,湿凝胶3和4的收缩率要大于湿凝胶1和2的收缩率。
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