|本期目录/Table of Contents|

[1]沈 浩,黄 茜,冯锐捷,等.Zr掺杂介孔硅对亚甲基蓝的选择性吸附性能[J].武汉工程大学学报,2023,45(01):25-34.[doi:10.19843/j.cnki.CN42-1779/TQ.202204005]
　SHEN Hao,HUANG Qian,FENG Ruijie,et al.Selective Adsorption of Methylene Blue on Zr-Doped Mesoporous Silica[J].Journal of Wuhan Institute of Technology,2023,45(01):25-34.[doi:10.19843/j.cnki.CN42-1779/TQ.202204005]
点击复制

Zr掺杂介孔硅对亚甲基蓝的选择性吸附性能(/HTML)
分享到：

《武汉工程大学学报》[ISSN:1674-2869/CN:42-1779/TQ]

卷:
45
期数:
2023年01期
页码:
25-34
栏目:
化学与化学工程
出版日期:
2023-02-28

文章信息/Info

Title:
Selective Adsorption of Methylene Blue on Zr-Doped Mesoporous Silica
文章编号:
1674 - 2869（2023）01 - 0025 - 10
作者:
沈 浩1; 黄 茜1; 冯锐捷1; 商 铭1; 吕仁亮*1; 2; 徐彩丽3; 李 萍1; 陈苏芳1; 韩庆文*2
1. 武汉工程大学化工与制药学院，绿色化工过程教育部重点实验室（武汉工程大学），湖北 武汉 430205；
2. 湖北三峡实验室，湖北 宜昌 443007；
3. 武汉工程大学邮电与信息工程学院，湖北 武汉 430074
Author(s):
SHEN Hao1;  HUANG Qian1; FENG Ruijie1;  SHANG Ming1; Lü Renliang*1; 2;  XU Caili3;  LI Ping1;  CHEN Sufang1;  HAN Qingwen*2

1. School of Chemical Engineering and Pharmacy， Wuhan Institute of Technology；Key Laboratory of Green Chemical Process （Wuhan Institute of Technology），Ministry of Education， Wuhan 430205，China；
2. Hubei Three Gorges Laboratory， Yichang 443007，China；
3. The College of Post and Telecommunication of Wuhan Institute of Technology， Wuhan 430074，China

关键词:
锆掺杂; 介孔二氧化硅; 选择性吸附; 亚甲基蓝
Keywords:
zirconium doping;  mesoporous silica;  selective adsorption;  methylene blue
分类号:
X703
DOI:
10.19843/j.cnki.CN42-1779/TQ.202204005
文献标志码:
A
摘要:
以羟乙基纤维素为模板、偏硅酸钠为硅源合成了具有蠕虫状孔道的介孔二氧化硅。采用直接合成法和后嫁接法制备了不同Zr掺入量的吸附剂，分别命名为Zr-HECMS-D、Zr-HECMS-P（D：直接合成法；P：后嫁接法）。研究了各吸附剂对亚甲基蓝/甲基橙混合溶液中亚甲基蓝的选择性吸附性能。结果表明：吸附过程的最佳pH值均为10。酸性条件下，Zr与Si摩尔比为0.02的Zr-HECMS-D及Zr与Si摩尔比为0.01的Zr-HECMS-P的选择性吸附性能最好；亚甲基蓝去除率与材料表面Zr-O-S中的O占比呈正比。碱性条件下金属掺杂量对选择性影响不大。过程符合拟二级动力学模型，吸附平衡符合Langmuir吸附模型。

Abstract:
Mesoporous silica with worm-like channels was synthesized using hydroxyethyl cellulose as template and sodium metasilicate as silicon source. Adsorbents with different Zr content were prepared by direct synthesis method （named as Zr-HECMS-D）and post-grafting method （named as Zr-HECMS-P）respectively. Selective adsorption performance of each adsorbent for methylene blue in methylene blue/methyl orange mixed solution was evaluated. The results show that the optimum pH value of the adsorption process is 10.Under acidic conditions，Zr-HECMS-D with Zr/Si molar ratio of 0.02 and Zr-HECMS-P with Zr/Si molar ratio of 0.01 have the best selective adsorption performances， and the methylene blue removal efficiency is proportional to the proportion of O in Zr-O-Si on the surface of adsorbents as well. The metal doping amount has little effect on the selectivity under alkaline conditions. The adsorption process is conformed to the pseudo-second-order kinetic model， and the adsorption equilibrium is conformed to the Langmuir adsorption model.

参考文献/References:

［1］ 马慧敏. 环糊精纳米复合材料对水体中染料的吸附研究［D］. 天津： 天津理工大学， 2021.

［2］ RAMEZANI F， ZARE-DORABEI R. Simultaneous ultrasonic-assisted removal of malachite green and methylene blue from aqueous solution by Zr-SBA-15［J］. Polyhedron， 2019， 166： 153-161.
［3］ 李柏林， 牛瑞霞， 程杰成. 亚甲基蓝-甲基橙混合指示剂测定三次采油用石油磺酸盐有效物含量［J］. 大庆石油地质与开发， 2004， 23（3）： 75-76.
［4］ 杜彩丽， 刘有智， 姜秀平. 三次采油用石油磺酸盐的分析方法及其进展［J］. 精细石油化工进展， 2010， 11（12）： 46-50.
［5］ ZHANG J， ZHAO X L， KONG Q M， et al. Preparation of chitosan/DADMAC/lignin terpolymer and its application of dye wastewater flocculation［J］. Polymer Bulletin， 2022， 79（9）： 7479-7490.
［6］ NI H C， ARSLAN M， WEI J， et al. Treatment of printing and dyeing wastewater in biological contact oxidation reactors comprising basalt fibers and combination fillers as bio-carriers： elucidation of bacterial communities and underlying mechanisms［J］. Science of the Total Environment， 2021， 785： 147272.
［7］ SUN X X， XU J， LI X Y. Experimental study on treatment of dyeing wastewater by activated carbon adsorption， coagulation and fenton oxidation［J］. IOP Conference Series： Earth and Environmental Science， 2017， 100（1）： 012199.
［8］ GADEKAR M R， AHAMMED M M. Use of water treatment residuals for colour removal from real textile dye wastewater［J］. Applied Water Science， 2020， 10（7）： 160.
［9］ AFSHARI M， DINARI M. Synthesis of new imine-linked covalent organic framework as high efficient absorbent and monitoring the removal of direct fast scarlet 4BS textile dye based on mobile phone colorimetric platform［J］. Journal of Hazardous Materials， 2020， 385：121514.
［10］ ALTINTIG E， ALTUNDAG H， TUZEN M， et al. Effective removal of methylene blue from aqueous solutions using magnetic loaded activated carbon as novel adsorbent［J］. Chemical Engineering Research and Design， 2017， 122： 151-163.
［11］ TURP S M， TURP G A， EKINCI N， et al. Enhanced adsorption of methylene blue from textile wastewater by using natural and artificial zeolite［J］. Water Science and Technology， 2020， 82（3）： 513-523.
［12］ ABU-SAIED M A， TAHA N A. Purification of wastewater from cationic dye using SPGMA polymer： isotherm and kinetic study［J］. Global Nest Journal， 2020， 22（2）： 179-184.
［13］ TAN T C N， SEN T K. Aqueous-phase methylene blue （MB） dye removal by mixture of eucalyptus bark （EB） biomass and kaolin clay （KC） adsorbents： kinetics， thermodynamics， and isotherm modeling［J］. Separation Science and Technology， 2020， 55（6）： 1036-1050.
［14］ PELEKANI C， SNOEYINK V L. A kinetic and equilibrium study of competitive adsorption between atrazine and Congo red dye on activated carbon： the importance of pore size distribution［J］. Carbon， 2001， 39（1）： 25-37.
［15］ TAN K B， VAKILI M， HORRI B A， et al. Adsorption of dyes by nanomaterials： recent developments and adsorption mechanisms［J］. Separation and Purification Technology， 2015， 150： 229-242.
［16］ MOKHTARI N，AFSHARI M，DINARI M. Synthesis and characterization of a novel fluorene-based covalent triazine framework as a chemical adsorbent for highly efficient dye removal［J］. Polymer， 2020， 195： 122430.
［17］ MORSI R E， MOHAMED R S. Nanostructured mesoporous silica： influence of the preparation conditions on the physical-surface properties for efficient organic dye uptake［J］. Royal Society Open Science， 2018， 5（3）： 172021.
［18］ MALEKI M， BEITOLLAHI A， LEE J， et al. One pot synthesis of mesoporous boron nitride using polystyrene-b-poly（ethylene oxide） block copolymer［J］. RSC Advances， 2015， 5（9）： 6528-6535.
［19］ SONG X L， PANG Y M， GAO L G. Preparation of bimetal modified HMS molecular sieve and its desulfurization performance mechanism［J］. Applied Organometallic Chemistry， 2021， 35（11）： e6393.
［20］ LALCHHINGPUII， TIWARI D， LALHMUNSIAMA， et al. Chitosan templated synthesis of mesoporous silica and its application in the treatment of aqueous solutions contaminated with cadmium（II） and lead（II）［J］. Chemical Engineering Journal， 2017， 328： 434-444.
［21］ NOOR P， KHANMOHAMMADI M， ROOZBEH-ANI B， et al. Introduction of table sugar as a soft second template in ZSM-5 nanocatalyst and its effect on product distribution and catalyst lifetime in methanol to gasoline conversion［J］. Journal of Energy Chemistry， 2018， 27（2）： 582-590.
［22］ LYU R L，ZHANG C，XIA T， et al. Efficient adsorption of methylene blue by mesoporous silica prepared using sol-gel method employing hydroxyethyl cellulose as a template［J］. Colloids and Surfaces A：Physicochemical and Engineering Aspects， 2020， 606： 125425.
［23］ 曹锡章， 王杏乔， 宋天佑. 无机化学（下册）［M］.2版北京：高等教育出版社， 1994， 931-942.
［24］ CHAUDHARI K， BAL R， DAS T K， et al. Electron spin resonance investigations on the location and reducibility of zirconium in mesoporous Zr-MCM-41 molecular sieves［J］. Journal of Physical Chemistry B， 2000， 104（47）： 11066-11074.
［25］ 赵静. 金属掺杂SBA-15的制备及其对MB染料吸附性能研究［D］. 陕西： 陕西科技大学， 2018.
［26］ IBRAHIM A A， SALAMA R S， EL-HAKAM S A， et al. Synthesis of sulfated zirconium supported MCM-41 composite with high-rate adsorption of methylene blue and excellent heterogeneous catalyst［J］. Colloids and Surfaces A-Physicochemical and Engineering Aspects， 2021， 616： 126361.
［27］ QIU Y J， CHEN S F， WANG C W， et al. Preparation of SBA-15 with penetrating pores and their performance in Fischer-Tropsch synthesis［J］. New Journal of Chemistry， 2017， 41（23）： 14109-14115.
［28］ JIA J C， WANG H H， NIU H L， et al. Highly selective adsorption of organic dyes containing sulphonic groups using Cu2（OH）3NO3 nanosheets［J］. Journal of Nanoparticle Research， 2016， 18（9）： 260.
［29］ 任钢锋.活性炭的制备及其对亚甲基蓝的吸附性能研究［J］.中国资源综合利用，2021，39（12）：1-4.
［30］ TOMBOC G M， JADHAV H S， KIM H. PVP assisted morphology-controlled synthesis of hierarchical mesoporous ZnCo2O4 nanoparticles for high-performance pseudocapacitor［J］. Chemical Engineering Journal， 2017， 308： 202-213.
［31］ YUAN Y， CAI F， YANG L L. Pore structure characteristics and fractal structure evaluation of medium- and high-rank coal［J］. Energy Exploration & Exploitation， 2022， 40（1）： 1-15.
［32］ 陈苏芳. 有序中孔硅铝分子筛负载钴、钌费-托合成反应催化剂性能的研究［D］. 苏州： 苏州大学， 2013.
［33］ 杨淑贤. 染料及重金属离子的竞争吸附与染料的光电氧化脱色［D］. 山东： 山东师范大学， 2013.
［34］ 张国义， 程勇. 二氧化硅对亚甲基蓝吸附性能的影响［J］. 环保科技， 2010， 16（3）： 23-25.
［35］ TAO J， XIONG J Q， JIAO C L， et al. Hybrid mesoporous silica based on hyperbranch-substrate nanonetwork as highly efficient adsorbent for water treatment［J］. ACS Sustainable Chemistry & Engineering， 2016， 4（1）： 60-68.
［36］ IGLESIAS J， MELERO J A， BAUTISTA L F， et al. Zr-SBA-15 as an efficient acid catalyst for FAME production from crude palm oil［J］. Catalysis Today， 2011， 167（1）： 46-55.
［37］ XUAN K， PU Y F， LI F， et al. Direct synthesis of dimethyl carbonate from CO2 and methanol over trifluoroacetic acid modulated UiO-66［J］. Journal of CO2 Utilization， 2018， 27： 272-282.
［38］ SABBAGHI A， LAM F L Y J， HU X J. High Zr-loaded SBA-15 cobalt catalyst for efficient NOx reduction in lean-burn exhaust［J］. Applied Catalysis A： General， 2015， 508： 25-36.
［39］ THUNYARATCHATANON C， LUENGNARUEMI-TCHAI A， CHAISUWAN T， et al. Synthesis and characterization of Zr incorporation into highly ordered mesostructured SBA-15 material and its performance for CO2 adsorption［J］. Microporous and Mesoporous Materials， 2017， 253： 18-28.
［40］ MéRIDA-MORALES S， GARCíA-SANCHO C， OREGUI-BENGOECHEA M， et al. Influence of morphology of zirconium-doped mesoporous silicas on 5-hydroxymethylfurfural production from mono-， di- and polysaccharides［J］. Catalysis Today， 2021， 367： 297-309.
［41］ ZHU Y， YI B J， YUAN Q X， et al. Removal of methylene blue from aqueous solution by cattle manure-derived low temperature biochar［J］. RSC Advances， 2018， 8（36）： 19917-19929.
［42］ WANG K F， PENG N， SUN J T， et al. Synthesis of silica-composited biochars from alkali-fused fly ash and agricultural wastes for enhanced adsorption of methylene blue［J］. Science of the Total Environment， 2020， 729： 139055.
［43］ KAYAN G O， KAYAN A. Inorganic-organic hybrid materials of zirconium and aluminum and their usage in the removal of methylene blue［J］. Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials， 2021， 31（8）： 3613-3623.
［44］ HUANG L J， HE M，CHEN B B，et al. Magnetic Zr-MOFs nanocom-posites for rapid removal of heavy metal ions and dyes from water［J］. Chemosphere， 2018， 199： 435-444.
［45］ YANG J M， YING R J， HAN C X， et al. Adsorptive removal of organic dyes from aqueous solution by a Zr-based metal-organic framework： effects of Ce（Ⅲ） doping［J］. Dalton Transactions， 2018， 47（11）：3913-3920.
［46］ 惠远峰. 基于四配位硅基配体的MOFs合成，结构及其选择性吸附亚甲基蓝性能的研究［D］. 吉林： 吉林大学， 2017.
［47］ ZHOU L， GAO C， XU W J. Magnetic dendritic materials for highly efficient adsorption of dyes and drugs［J］. ACS Applied Materials & Interfaces， 2010， 2（5）： 1483-1491.
［48］ ZENG S J， WANG R W， ZHANG Z T， et al. Facile one pot synthesis of mesoporous organic-inorganic hybrid aluminosilicate spheres with ultra-high aluminium contents and their enhanced adsorption behavior for methylene blue［J］. RSC Advances， 2016， 6（55）： 49551-49555.

相似文献/References:

[1]胡建,夏成波,彭静,等.磺酸化介孔二氧化硅的合成及催化苯甲醛和乙二醇的加成反应[J].武汉工程大学学报,2011,(05):34.[doi:10.3969/j.issn.16742869.2011.05.010]
　HU Jian,XIA Chengbo,PENG Jing,et al.Preparation of sulfofunctionlized mesoporous silica and its catalyticperformance in addition of benzaldehyde and ethylene glycol[J].Journal of Wuhan Institute of Technology,2011,(01):34.[doi:10.3969/j.issn.16742869.2011.05.010]

备注/Memo

备注/Memo:
收稿日期：2022-04-04
基金项目：湖北三峡实验室创新基金（SC214001）
作者简介：沈 浩，硕士研究生。E-mail：[email protected]
*通讯作者：吕仁亮，博士，教授。E-mail：[email protected]
韩庆文，工程师。E-mail：[email protected]
引文格式：沈浩，黄茜，冯锐捷，等. Zr掺杂介孔硅对亚甲基蓝的选择性吸附性能［J］. 武汉工程大学学报，2023，45（1）：25-34.
更新日期/Last Update: 2023-03-14