1、862023 年第 3 期（总第 167 期）Fe3O4MIL-125 制备及其对亚甲基蓝的吸附研究余孟，朱潇，白魁，成思瑶，蒲家豪（成都工业学院宜宾校区，四川宜宾，644000）摘 要：本论文主要是探究 MOFs材料 Fe3O4MIL-125在不同的影响因素下对染料废水中亚甲基蓝的吸附率。用水热法制备出Fe3O4MIL-125磁性粒子，使用扫描电镜、能谱、红外光谱对材料Fe3O4MIL-125表征。实验研究在不同的初始浓度、投加量、震荡时间及不同的 pH 条件下材料吸附水中亚甲基蓝（MB）的效果。实验测出Fe3O4MIL-125粒子对亚甲基蓝吸附率，材料投加量60mg，溶液的初始浓度10mg
2、/L，震荡时间60min，溶液pH 为7，测得材料的吸附量为5.50mg/g，吸附率最佳为 82.51%，材料的重复利用次数为6次。通过材料吸附热力学和动力学来研究吸附性能，经过试验数据分析可得Fe3O4MIL-125粒子对亚甲基蓝吸附属于放热反应，符合一级动力学模型属于物理吸附，吸附分子之间不会存在相互作用，吸附表面上的简单单元发生层吸附。关键词：吸附；动力学；亚甲基蓝；金属有机骨架中图分类号：X703；TQ424；TB33 文献标志码：A 文章编号：1008-3103（2023）03-0086-06Fe3O4MIL-125 Preparation and Adsorption of Met
3、hylene BlueYuMeng，ZhuXiao，BaiKui，ChenSi-yao，PuJia-hao（ChengduInstituteofTechnologyYibinCampus，YibinSichuan644000，China）Abstract：Thispaper sgoalisthatstudythebestconditionofMOFsmaterialFe3O4MIL-125adsorbsthemethyleneblueinthewastewater.First，themagneticnanoparticlesFe3O4weresynthesized，andthenMIL-125
4、wassynthesizedonthesurface.ThematerialFe3O4MIL-125wascharacterizedbySEM，EDSandIR.ItwasprovedthatMIL-125wasattachedtothesurfaceofmagneticnanoparticlesFe3O4.Theresearchhasstudiedthematerials adsorptiononmethyleneblueunderdifferentinitialconcentration，dosage，oscillationtimeandpHconditions.Theresultssho
5、wedthatthebestexperimentalconditionsfortheadsorptionofmethylenebluebyFe3O4MIL-125whichincludematerial saddingis60mg，solution sinitialconcentrationis10mg/L，shakingtimeis60min，solution spHis7.Thematerial sadsorptioncapacityis5.50mg/g，thebestadsorptionrateis82.51%，andthematerialcanrepeateduse6times.The
6、adsorptionperformanceisstudiedthroughmaterialadsorptionthermodynamicsandkinetics.Aftertheanalysisofexperimentaldata，itcanbefoundthattheadsorptionofFe3O4MIL-125particlestomethyleneblueisanexothermicreaction，anditisinaccordancewiththefirst-orderkineticmodelandbelongstophysicaladsorption，andtherewillbe
7、noadsorptionmolecules.Interaction，adsorptionofsimpleunitsonthesurface，onlylayeradsorptionoccurs.Keywords：adsorption；dynamics；methyleneblue；organometallicskeleton作者简介：余孟（1994），男，助理实验师，硕士，研究方向为金属有机骨架制备、修饰及其吸附性能研究。0 引言我国使用染料的量非常大，虽然物理化学法、生化法、化学法等都可以清理染料废水，但是没有 MOFs处理废水具有的处理成本低、污染小、可回收等优点，MOFs具有表面积大、结构稳
8、定的特点，使用不一样的过渡的金属元素及琥珀酸，戊二酸等等二羧酸配体，用不一样的中心金属离子可以合成多种不同结构的MOFs材料，因此将MOFs材料的特点应用于染料废水的处理DOI:10.14127/ki.jiangxihuagong.2023.03.020872023 年 6 月Fe3O4MIL-125 制备及其对亚甲基蓝的吸附研究是一个很有价值的研究方向。本实验先用水热法制备出Fe3O4MIL-125 磁性粒子，通过表征手段观测材料本身结构，以及不同的影响因素下吸附染料废水中亚甲基蓝的吸附率，探究 Fe3O4MIL-125 吸附机理和效果。1 实验仪器和药品1.1 主要仪器TU-1900型双光
9、束紫外可见分光光度计（上海沪粤明科学仪器有限公司）、真空干燥箱（巩义市宏华仪器设备工贸有限公司）、电子天平（天津市精拓仪器科技有限公司）、KQ3200E型超声清洗器上海测博生物科技发展中心（有限合伙）、数显电动搅拌机、JB-2型定时磁力加热恒温搅拌器（常州鼎丰仪器有限公司）、DZTW型调温电热套（曲靖捷伦实验分析仪器销售有限责任公司）、水浴恒温振荡器、聚四氟乙烯内衬的反应釜（上海互佳仪器设备有限公司）。1.2 主要药品三氯化铁、无水乙酸钠、乙二醇、2-氨基对苯二甲酸、钛酸正四丁酯、N，N-二甲基甲酰胺、甲醇、pH标准缓冲溶液、无水乙醇、氢氧化钠、次甲基蓝。1.3 Fe3O4MIL-125材料的
10、制备用分析天平称量2.70g研磨成粉末的Fe3O4 6H2O放于烧杯中，量筒量取150mL乙二醇转移到烧杯中，用磁力搅拌器缓缓搅拌直至烧杯中无沉淀，加入7.2g研碎的无水乙酸钠，用封口膜对杯口进行密封，使用磁力搅拌器搅拌30min至溶液混合均匀。取出磁子，超声溶液5min，用玻璃棒转移溶液于聚四氟乙烯内衬反应釜中，把反应釜放进烘箱，于 200下反应8h。反应完成后冷却至室温，将产物倒进烧杯中分别用乙醇和蒸馏水清洗，在磁铁作用下分离产物。随后将产物转移到表面皿里，放进恒温干燥箱中烘干，温度设置为60。待烘干结束后收集产物 Fe3O4，标记保存备用。首先称量1.35gH2BDC-NH2于烧杯中，其
11、次用移液管移取甲醇 2.5mL转移进同一烧杯中，最后用量筒量取 N,N-二甲基甲酰胺（DMF）22.5mL 倒进烧杯中，超声5min使溶液混合均匀。称量0.65g（TBOT）钛酸四正丁酯转移进烧杯中，配置成MOF 前驱液。称取0.5gFe3O4磁性粒子放于MOF前驱液中，超声0.5h后转移到三颈烧瓶中，用电热套加热，控制反应温度为150，用电动搅拌机搅拌反应3h。反应结束后将溶液转移至烧杯中，等待烧杯溶液冷却至室温后，用甲醇和N,N-二甲基甲酰胺各清洗产物，在磁铁作用下将分离的产物放进表面皿内，放置到恒温干燥箱中烘干，设置温度为50。结束后收集产物 Fe3O4MIL-125，标记保存备用。2
12、材料表征2.1 扫描电子显微镜分析图 1 Fe3O4MIL-125 扫描电镜图对Fe3O4MIL-125材料进行扫描电镜，由图 1 分析可知材料表面粗糙，颗粒的尺寸比较均匀，形态是不规则的球状，粒径的尺寸在180nm左右。2.2 透射电子显微镜分析图 2 Fe3O4MIL-125 透射电子显微图对 Fe3O4MIL-125材料进行透射电镜，由图 2 分析可得，粒径约为180nm，材料中心区域呈球状，颜色黑且深，这是因为 Fe3O4核心，材料表面有一层透明，形成核壳结构，说明 MIL-125 通过化学反应成功修饰在Fe3O4微粒上。2.3 FI-IR分析用红外光谱检测 Fe3O4MIL-125
13、材料，结果由图 3 所示。由图分析可得，在538cm-1出现的吸收峰对应 Fe-O-Fe的振动。1474cm-1处对应的是苯环的骨架吸收峰。2386cm-1至3270cm-1峰形宽，钝且强，为羧酸-OH的振动峰。1128cm-1的吸收峰对应苯环上的-C-N振动峰。1640cm-1的吸收峰对应的是苯环上的-C=O振动峰。3524cm-1的吸收峰对应氨基的-NH振动峰。通过对上述几处出峰位置的分析可以确定合成的材料为Fe3O4MIL-125。882023 年第 3 期（总第 167 期）图 3 Fe3O4MIL-125 红外光谱图 4 Fe3O4MIL-125能谱分析图2.4 能谱分析能谱分析了F
14、e3O4MIL-125材料的组成。如图 4 所示，制备的材料中含有C、O、Fe、Ti、N元素，说明MIL-125成功覆盖在 Fe3O4粒子上。3 材料吸附性能研究3.1 紫外可见分光光度计的原理紫外分光光度计主要依据朗伯-比尔定律进行测定，即当一束平行的单色光垂直通过某一均匀的非散射溶液时，其吸光度 A 与吸光物质的浓度 c 及液层厚度 b成正比，而透光度 T 与 c、b 成反比。朗伯-比尔定律公式如下。AKbclgT=()1 （1）式中：A 为吸光度；K 为摩尔吸收系数；b 为液层厚度，cm；c 为吸光物质的浓度，mg/L；T 为透光度。3.2 吸附量和吸附率的计算公式qe=CCVmOe-(
15、)（2）=CCCOO-()e100%（3）式中：qe为平衡吸附量，mg/g;CO为亚甲基蓝溶液的初始质量浓度，mg/L；Ce为吸附平衡时的亚甲基蓝溶液的质量浓度，mg/L；V 为亚甲基蓝溶液的体积，L；m 为为吸附剂质量，g；为是Fe3O4MIL-125 对亚甲基蓝溶液的吸附率。3.3 朗缪尔吸附等温式的一般式是CqK qCqeeLmem=+1 （4）式中：Ce为平衡浓度，mg/mL；kL为 Langmuir 吸附常数；qe为平衡吸附量，mg/g；qm为饱和吸附量，mg/g；3.4 Lagergren 准一级动力学方程ln qqlnqk tete().-=-12 303 （5）式中：qe为平衡
16、吸附量，mg/g；qt为 t 时刻单位吸附量，mg/g；k1 为一级吸附速率常数，min-1；t 为反应时间。3.5 制作亚甲基蓝标准工作曲线图 5 初始浓度对材料吸附率的影响初始浓度（mgL-1）吸附率（%）892023 年 6 月Fe3O4MIL-125 制备及其对亚甲基蓝的吸附研究由30mg/L的亚甲基蓝储备液配制出浓度分别为5mg/L、10mg/L、15mg/L、20mg/L、25mg/L、30mg/L的溶液，在波长 663nm 处测量溶液的吸光度，进行拟合见图 5。线性方程式：Y=0.1256+0.1021X，R2=0.9984。3.6 材料用量对实验的影响取 8 支 100mL的离心管，分别投入10mg、20mg、30mg、40mg、50mg、60mg、70mg、80mg材料，然后在容量瓶中配制浓度为20mg/L 的亚甲基蓝溶液，控制溶液pH为7，移取40mL溶液将其分别加入8支离心管中，超声50s使管中材料均匀分散于溶液中，再用恒温振荡箱振荡溶液40min，将离心管放于磁铁上，上层的清液用滴管移到比色皿中，调节波长为 663nm，然后测定溶液的吸光度。根据吸附率公式（3）
