MOF(Ni)-74
对废水中偶氮染料刚果红的吸附性能研究
娄杰
a,b
，
付秋平
*c
，余磊
a,b
，严伟
c
，黄伟江
c
，王琪
c
（
贵阳学院
a
.
教学设备及实验管理中心，
b
.
贵州
生态环境中优势农产品残留农药降解关键技术研究重点实验室
，
c.
化学与材料工程学院，贵州
贵阳
550005
）
以
2,5-
二羟基对苯二甲酸为有机配体
、
Ni(Ⅱ)
为中心金属，采用溶剂热法合成了金属有机骨架材料
MOF(Ni)-74
，通过
XRD
和
FT-IR
对其结构进行了表征。用
MOF(Ni)-74
吸附偶氮染料刚果红，考察了溶液初始浓度和接触时间、吸附剂投加量、
pH
值、
Na
+
浓度及温度对吸附的影响，并对其等温吸附过程、吸附动力学和吸附热力学进行了研究。实验结果表明，随着刚果红初始浓度增大，
MOF(Ni)-74
的吸附量增大；吸附剂投加量增大，去除率提高，吸附量减小；
Na
+
浓度增大，吸附量减少。等温吸附模型更符合
Freundlich
方程，动力学更符合双常数模型。热力学参数
∆G < 0
、
∆H > 0
、
∆S > 0
，表明
MOF(Ni)-74
对刚果红的吸附是自发的、吸热的过程。
染料是众多有机污染物中的一类，其应用于纺织、皮革、化妆品、造纸、印刷、制药、食品等许多行业
。如在未经任何预先处理的情况下，将广泛使用的染料排放出去
，
由于其毒性，通常会造成严重的环境污染问题，还会对人体健康造成危害。因此非常有必要在排放之前采取有效方法将其去除
。目前，处理有机染料废水的有效方法主要有吸附法
、混凝法
、光降解法
、膜过滤法
等。其中，吸附法因其操作简单、成本低、效率高而成为最有前景的技术之一
。金属有机骨架材料（
Metal organic frameworks, MOFs
）
是一种由无机金属阳离子与有机配体杂化形成的多孔材料，因其本身多孔结构和性质及其孔隙率可调
、
吸附容量大等特点，使其
区别于
其他材料而在吸附领域引起了广大关注
。
1
实验部分
1.1
主要仪器与试剂
1.2
表征手段
1.3
MOF(Ni)-74
的制备
1.4
刚果红的吸附
为了探究
MOF(Ni)-74
对刚果红的吸附性能，称取
10 mg MOF(Ni)-74
吸附剂，加入到
50 mL
一定初始浓度、一定
pH
的刚果红溶液中，在
30
℃
的恒温振荡器中进行振荡吸附实验。
2
结果与讨论
2.1
MOF(Ni)-74
的
XRD
、
FT-IR
和
SEM
表征
图
1
为本文合成的
MOF(Ni)-74
的
XRD
图谱。
图
2
为
MOF(Ni)-74
吸附刚果红前后的
FT-IR
图谱。
图
3
为
MOF(Ni)-74
在不同倍率下的
SEM
图。
2.2
刚果红初始浓度和接触时间对吸附
性能
的影响
称取
10
mg
吸附剂
MOF(Ni)-74
，加入到
50 mL
浓度分别为
5
、
10
、
20
、
40
、
60
、
80
mg/L
的刚果红溶液中进行震荡。然后分别间隔
30
、
60
、
120
、
240
、
480
、
960 min
测上清液的吸光度，研究吸附时间和刚果红初始浓度对
MOF(Ni)-74
吸附刚果红效果的影响
，
结果见图
4
。
2.3
投加量对吸附性能的影响
向
初始浓度为
60 mg/L
刚果红溶液中加入不同质量的吸附剂
MOF(Ni)-74
，研究
MOF(Ni)-74
用量对吸附效果的影响。图
5
为吸附剂
MOF(Ni)-74
用量对刚果红吸附量和去除率的影响。
2.4
pH
对吸附性能的影响
取
50 mL
（
60 mg/L
）刚果红溶液，采用
0.1 mol/L
NaOH
溶液和
0.1 mol/L
HCl
溶液调节刚果红溶液至
pH
3~11
，
MOF(Ni)-74
吸附剂的投加量为
10 mg
，在
30
℃
恒温振荡
480 min
，考察溶液
pH
对
MOF(Ni)-74
吸附刚果红效果的影响，结果如图
6
所示。
2.5
Na
+
浓度对吸附性能的影响
工业废水以及生活污水水体环境混乱复杂，组分多。脱除废水中相应污染物难免会受到其他类污染物分子的影响，其中包括一些无机盐及其相应的离子，如
Na
+
就为常见的离子，本文选取钠离子作为研究对象。往
50 mL
（
60 mg/L
）刚果红溶液中加入不同质量的
NaCl
，研究
Na
+
浓度对吸附性能的影响
，结果见图
7
。
2.6
吸附等温线
吸附等温线可以在一定温度条件下，描述吸附剂与吸附质之间的相互作用。分别采用
Langmuir
、
Freundlich
和
Temkin
等温吸附模型对刚果红吸附实验数据进行拟合。
2.7
吸附动力学
采用了拟一级动力学、颗粒内扩散和双常数
3
种动力学方程对刚果红的吸附动力学特性进行了研究。
2.8
吸附热力学
在
温度
303.15
、
313.15
、
323.15 K
条件下，
MOF(Ni)-74
对刚果红进行吸附。
3
结论
本文采用溶剂热法成功制备了
MOF(Ni)-74
，并将其作为吸附剂去除偶氮染料刚果红。实验表明，
MOF(Ni)-74
的吸附量随着刚果红初始浓度的增加而增加，在
480 min
内达到吸附平衡；
pH
对吸附效果有很大的影响，
pH ≤ 7
，吸附量随着
pH
的升高而升高；
pH > 7
，吸附量逐渐降低；随着
Na
+
浓度的增加，吸附量减少。
MOF(Ni)-74
吸附刚果红的动力学符合双常数动力学模型，等温线符合
Freundlich
模型，说明反应是一个复杂的动力学过程，对刚果红的吸附
发生在非均质表面上的多层吸附；
热力学参数表明，
MOF(Ni)-74
对刚果红的吸附是一个自发的、吸热的过程。上述结果表明，
MOF(Ni)-74
可有效去除废水中的偶氮染料刚果红，是一种很有应用前景的刚果红类有机染料吸附剂。
引用本文
：娄杰，付秋平，余磊，等. MOF(Ni)-74对废水中偶氮染料刚果红的吸附性能研究
[J].
化学试剂
, 2021,
43(11)
: 1466-1472.
