研究与评论:材料科学杂雷竞技苹果下载志
菜单ISSN: 2321 - 6212
ISSN: 2321 - 6212
哈利勒Lazaar1＊——罗伯特·普拉尔2瓦利德·哈吉吉3.Fakher Jamoussi说1
2分子科学与纳米系统(DSMN)， Ca ' Foscari威尼斯大学，威尼斯梅斯特，意大利
3.材料科学部，LABTEN天然水处理实验室，索利曼，突尼斯
收到:稿件编号:08- 07 -2022joms - 22 - 68958;编辑分配:2022年7月11日joms - 22 - 68958 (PQ);综述:2022年7月25日joms - 22 - 68958;修改后:2018.01 -2022，稿件编号:joms - 22 - 68958 (R);发表:08- 8月2022,DOI: 10.4172/2321-6212.10.7.002。
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本研究的目的是展示来自El Hamma(突尼斯南部)地区Jebel Aidoudi的突尼斯蒙石粘土的吸附能力。阳离子染料(亚甲基蓝:MB)和阴离子染料(橙色II: OII)被用来确定粘土的最大吸收能力。对粘土样品进行了物化表征(XRD、XRF、SBET)试验。实验结果表明，吸附的最佳接触时间为40 min(对MB和OII分别为91.35%和51.87%)。雷竞技网页版将吸附剂速率从0.06 g改变到0.12 g，可以增加染料的保留率。实验结果表明，介质pH对吸附力的影响较大(碱性pH对MB的吸附率较高，酸性pH对OII的吸附率较高)。Langmuir等温线很好地描述了吸附容量。拟二级模型是确定蒙脱粘土对MM和OII吸附动力学的最可靠的方法。
设置不同粘土;亚甲蓝;橙色二世;吸附
有机染料主要用于纺织和染色行业。这些地区是最耗水的行业之一。由于产生了大量的废水，其中含有大量的酸性或碱性染料，因此产生了严重的污染[1］．消除这些污染物一直是一个挑战。为了减少水环境中这些污染物的数量，许多研究开发了几种处理工艺，如吸附、沉淀、膜过滤、混凝和化学氧化[2］．吸附法是消除不同种类的污染物，特别是有机污染物(农药、染料、酚类化合物等)和重金属(镉、铅、汞等)取得巨大成功的方法之一。[3.］．此外，研究和开发新的天然丰富的吸附剂，这些吸附剂在经济上有利可图，对生态系统的处理是一个巨大的挑战[4，5］．生物吸附剂，如生物质、固体农业废弃物和藻类，以及天然吸附剂，如土壤和改性或未改性粘土，已被证明是捕获和去除污染物的有前途的材料。
活性炭吸附法是工业废水处理中应用最广泛和推荐的方法。尽管活性炭很有效，但它仍然是一种昂贵的材料，而且大部分都是进口的，因此从当地廉价的来源寻找新产品是至关重要的。6-8］．
粘土矿物(在本例中为蒙脱石家族)是最受关注的材料之一，因为其众所周知的吸附和污染物滞留特性以及改性和/或功能化的可能性[9-11］．
突尼斯南部地区以其大量的粘土沉积物而闻名。特别是蒙脱石家族的粘土，主要用于建筑工业，而膨润土则用作防水材料和处理工业废水[12，13］．粘土是由矿物组成的，其颗粒本质上是层状硅酸盐。它们呈片状或层状，在这些层之间插入金属离子。这种类型的结构导致了一种与非常特殊的物理化学特征相关的有趣纹理，解释了粘土在网络中允许大量阳离子和阴离子交换的能力[14，15］．特别是，蒙脱石粘土通常由一个阴离子铝硅酸盐薄片组成，由一个四面体层和两个或三个八面体层组成，与离子附着的金属阳离子的移动层分开这些薄片。
本文的目标分为两部分:第一步，从突尼斯南部地区采样的蒙脱粘土的物理化学特征，第二步，我们研究了这种粘土对作为有机污染物的阳离子和阴离子染料(亚甲基蓝和橙II)的吸附。这些研究是作为几个参数的函数进行的，以确定最佳的吸收条件，并有助于理解污染物离子在粘土颗粒和水溶液界面上的行为。
这项工作中使用的粘土样品(AD)是从南阿特拉斯地区收集的。下coniian - campanian时代样本取自Jebel的Meider交替地层Aïdoudi (El Hamma地区)(图1)．
图1:所研究粘土的露头(AD)。
亚甲基蓝(MB)是一种阳离子染料，分子式为C16H18N3SCl，最大吸光度为663 nm。Orange II (OII)是一种阴离子染料，分子式为C16H11N2NaO4S，最大吸光度为486 nm。
两种染料的结构如图所示图2 (a)和(b),分别。
图2:(a)阳离子染料亚甲基蓝(MB)和(b)阴离子染料橙II (OII)的结构。
粘土的特性
使用Philips Analytical X'PERT PRO衍射仪(CuK α，λ=0.154056 nm)对粉末样品进行X射线衍射(XRD)测定粘土的矿物学相[16］．采集数据(10-80°2范围，扫描速率0.02°/min(2))采用Panalytical X 'Pert Highscore软件进行处理。
化学分析采用x射线荧光(XRF, Panalytical Axios色散x射线荧光光谱仪)进行。
采用BET (Brunauer-Emmett-Teller)法，在-196℃的N2吸附解吸等温线上测定粘土的比表面积。150微米以下的筛分在70℃高真空下脱气72小时[17］．
吸附实验
在每次实验中，将固体(粘土)与溶解了染料的蒸馏水溶液接触。雷竞技网页版
对于每种染料(MB和OII)，我们用质量为0.1 g的蒙脱石粘土处理初始浓度为10mg /l的相同体积的染料溶液(100 ml)。将混合物在室温(25°c)下搅拌1小时。在预定的时间间隔(0、10、20、40、60、120分钟)使用微量移液管收集样品。研究了对染料浓度的影响。初始MB和OII染料浓度分别为10、15、20和25 ppm。通过加入一定量的蒙脱剂，在恒温浴中进行分批吸附。我们在批处理系统中进行了相同的程序，通过使用NaOH (1N)和HCl (1N)溶液调整染料溶液的初始pH值，针对不同的pH值(3,5,7,9,11)进行研究。然后以3000转/分钟的转速离心15分钟，将吸附质与吸附剂分离。采用紫外-可见分光光度计(Shimadzu UV3100)测定最大波长(λmax MB=663 nm， λmax OII=486 nm)的吸光度，测定MB和OII的浓度。
MB和OII吸附百分率计算公式1:
地点:
问e为吸附平衡时的容量(mg/g);
C0为染料在溶液中的初始浓度(mg/l);
Ce为t时刻染料在溶液中的浓度(mg/l) (t为接触时间);雷竞技网页版
V为亚甲蓝或橙色染料II溶液体积(ml);
M是粘土的质量(g)。
吸附等温线
| 吸附模型 | 朗缪尔 | 弗伦德里希 |
|---|---|---|
| 非线性形式 | 1 /问e=1/qm + 1/KLq米Ce | 日志问e=日志Kf+ 1/n log Ce |
表1。等温模型:Langmuir和Freundlich。
两种常用模型，Langmuir [18]和Freundlich [19]，获选为(表1)，研究染料-粘土相互作用的过程。
地点:问e为平衡时溶质的量(mg/g);Ce为平衡溶质浓度(mg/l);Qm为吸附量，mg/g;Kl为朗缪尔常数;Kf为Freundlich常数，表示吸附亲和力(L mg－1）;1/n为Freundlich常数，反映吸附强度。
吸附动力学
本文选取了两个动力学模型，即伪一级动力学模型和伪二级动力学模型，研究了污染物在粘土表面的动力学行为。
伪一阶动力学模型由Lagergren提出[20.]，假设t时刻的吸附速率与平衡时吸附量与t时刻吸附量之差成正比，如式2所示:
地点:
问t: t时刻吸附量，单位为mg/g;
问e:平衡吸附量，单位为mg/g;
T:接雷竞技网页版触时间(min);
K1:一阶速率常数(min－1）;
积分后，式(2)变为式3:
拟二级动力学模型通过假设溶质在高能量位点吸附迅速，而在低能位点吸附相对缓慢来表征吸附动力学。
伪二阶动力学模型[21，则由下式表示:
积分后，式(4)为:
地点:
K2=伪二阶吸附速率常数(g mol－1最小值－1)．
问e=每克吸附剂平衡时的吸附质量(mg/g)。
研究粘土的表征
矿物学分析表明，Jebel Aidoudi粘土(AD，表2)中除粘土矿物外，非粘土矿物主要以石英(5%)、方解石(5%)和长石(1%)为代表。直径小于2 μ m的部分主要由蒙脱石(76%)、高岭石(9%)和伊利石(4%)类型的矿物粘土组成。
| 矿物相 | 重量(%) | 氧化物 | 重量(%) |
|---|---|---|---|
| 蒙脱石 | 76 | SiO2 | 49.53 |
| 伊利石 | 4 | K2O | 1.49 |
| 高岭石 | 9 | 艾尔2O3. | 18.87 |
| 方解石 | 5 | 菲2O3. | 7.65 |
| 石英 | 5 | Na2O | 1.83 |
| 长石组成 | 1 | P2O5 | 0.29 |
| - | - | TiO2 | 0.93 |
| - | - | MnO | 0.02 |
| - | - | 曹 | 2.21 |
| - | - | 分别以 | 2.08 |
| - | - | 合作意向书 | 15.07 |
表2。蒙脱粘土样品(AD)的矿物学和化学定量。LOI=点火损失。
AD粘土的化学分析显示SiO2(49.53%)、Al2O3.(18.87%)， Fe2O3.(7.65%)，如预期(表2)．点火损失(LOI)为15.07% (表2)．
综述了AD粘土样品的多孔结构特征表3．AD粘土的BET比表面积约为84 m2/g，这是由于蒙脱石矿物占主导地位。这一数值接近Chaari等人对这种粘土的研究。
| 样本 | SBET (m2/ g) | 孔隙体积(cm)3./ g) | 孔径(A) |
|---|---|---|---|
| 84 | 0.2 | 82 |
表3．研究粘土的比表面积、孔隙体积和平均孔径由BET测定。
氮(N)2) AD的吸附等温线为图3．这种等温线是IV型(图3)，等温线的初始部分为单层-多层吸附，而含有滞回线的部分与中孔发生的毛细缩合有关。滞回回线的形状最接近于H3型回线，这种回线通常是由片状颗粒聚集而成，如粘土的层状薄片，它产生了裂缝状的孔隙[22］．因此，该吸附剂是介孔的(孔径超过20 Å) [23］．测得的粘土孔隙BET直径为82 Å。
图3:研究粘土(AD)的BET N2吸附等温线。
吸附试验
接触时间的影响:雷竞技网页版在未调整pH值的情况下，AD粘土对MB和OII染料的吸附速率随接触时间的变化结果显示在雷竞技网页版图4．结果表明，粘土对MB和OII染料的吸附量在60 min时迅速增加，超过60 min后基本保持不变(吸附迅速，40 min后MB吸附90%，OII吸附51%)。与阳离子染料MB相比，阴离子染料OII的保留效率较低，这可以解释为蒙脱粘土(插有阳离子的阴离子片)更难吸附阴离子染料[24］．
图4:接触时间对粘土(AD雷竞技网页版)吸附染料(MB和OII)的影响(吸附剂=0.1 g, Ci=10 ppm, T=25°C，时间=120 min)。
pH的影响:pH值在所研究的染料的吸附中起着重要的作用图5．从图中可以看出，阳离子染料MB在碱性pH(97%)时的吸附量最大。另一方面，对于阴离子染料(OII)，在酸性介质中保留率最高(86%)，而在碱性介质中保留率较低。
图5:高等院校首选。
前人对粘土对阴离子染料的吸附进行了研究。我们可以引用[1]他还表明，蒙脱粘土吸附阴离子染料的最佳pH值为酸性。
这可以解释为，在酸性状态下，正电荷主导吸附剂的表面。因此，吸附剂表面的正电荷与染料表面的负电荷之间存在着明显更高的静电引力[25，26］．
在碱性pH下，尽管有OH-离子的存在，我们发现吸附剂的容量比中性pH值7要高，因此我们可以说染料和吸附剂之间始终存在吸引力;在基本pH值下，染料中OH-离子和阴离子之间几乎没有竞争。
对于阳离子MB染料，粘土的吸附能力随着pH的增加而增加，达到pH 9时，吸附能力不再随着pH的增加而增加。
吸附剂用量的影响:中给出的结果显示图6结果表明，当染料浓度为10 mg/l，接触时间为120 min时，黏土量从0.06 g增加到0.012 g，对雷竞技网页版MB的吸附率增加了84% ~ 93%。同样，对于阴离子染料OII，通过增加使用的质量，吸附率从45%提高到53%。这可以解释为吸附剂表面可能结合位点数量的增加[27］．
图6:吸附剂用量(AD)对a) MB和b) OII吸附的影响(Ci=10 ppm, T=25°C，最终时间=120 min)。
初始染料浓度的影响:中给出的结果图7，随着初始浓度的增加，阳离子染料的粘土吸附能力降低(5 PPM时为96.34%，25 PPM时为65.26%)。相反，阴离子染料的粘土吸附能力随着初始染料浓度的增加而增加(5 ppm时为44.32%，25 ppm时为76.88%)。这意味着饱和水平没有达到，粘土可以吸附更大的量。有必要增加染料浓度，以确定粘土的饱和阈值[10］．
图7:染料溶液中MB和OII初始浓度对MB和OII吸附的影响(Ci=5、10、15、20、25 ppm, T=25°C，吸附剂=0.1 g，平衡时间=60 min)。
吸附等温线:在Langmuir和Freundlich模型中对MB和OII吸附的参数进行了研究表4．回归系数的值表明，AD粘土对阳离子(MB)和阴离子(OII)染料的吸附过程均可以用Langmuir和Freundlich两种等温模型中的任意一种来描述，线性回归系数为R2Langmuir(单层吸附)=0.986-0.997,Freundlich(多层吸附)= 0.9962价值观非常接近统一。根据Langmuir等温线，得到了MB吸附容量(Q米=72.45 mg/g)，明显高于OII的吸附容量(Q米= 7.84毫克/克)。这支持了蒙脱粘土对阳离子染料的保留能力明显高于阴离子染料的观察[1］．在这项工作中，最大吸附容量(Q米)，我们为MB和OII所获得的蒙脱粘土样品与以前其他工作中许多染料的样品相似(表4)，虽然低于参考[28]表示阳离子CV(水晶紫)和ref [29]表示阴离子MO(甲基橙)。
| 类型 | 阳离子染料 | 阴离子染料 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MB(目前研究) | 简历 | 基于“增大化现实”技术 | BG | 高级文书主任(目前研究) | 莫 | CR | RB5 | |
| - | - | ［28］ | ［30.］ | ［30.］ | - | ［29］ | ［10］ | ［9］ |
| 朗缪尔等温线 | ||||||||
| qm(毫克/克) | 72.45 | 86.54 | 60.4 | 76.9 | 7.84 | 62.34 | 11.03 | 12 |
| Kl | 0.124 | - | - | - | 0.312 | - | - | - |
| R2 | 0.997 | - | - | - | 0.996 | - | - | - |
| 弗伦德里希等温线 | ||||||||
| Kf(L / g) | 2.735 | - | - | - | 1.234 | - | - | - |
| n | 1.643 | - | - | - | 0.116 | - | - | - |
| R2 | 0.986 | - | - | - | 0.996 | - | - | - |
表4。MB和OII吸附等温线参数。不同染料在粘土上的最大单分子吸附量的比较，来自这项工作和以前发表的其他工作(见下表中的参考文献)。
其中:MB:亚甲基蓝;简历:水晶紫罗兰;AR: Allura Red;BG: Brilliant Green;OII:橙II;MO:甲基橙;CR:刚果红;RB5:活性黑5。
吸附动力学:对应用伪一阶和二阶动力学模型得到的结果进行了比较表5所示。表中结果表明，拟二阶模型在蒙脱粘土(AD)同时吸附阳离子染料(MB)和阴离子染料(OII)的情况下最适用，具有相关指数(R2)均高于伪一阶动力学模型。同样，从吸附值(Qe)载于表5，我们注意到Q的计算值e伪二阶模型与实验结果吻合较好。这表明它是化学吸附。这些结果可与其他研究相比较，这些研究发现染料在粘土载体上的吸附动力学遵循伪二级[31，32］．
| 染料 | 符合一级 | 问e(实验) | Pseudo-second-order | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| k1(最低－1） | 问e(毫克/克) | R2 | k2(g / mg.min) | 问e(毫克/克) | R2 | ||
| MB | -0.045 | 41.81 | 0.83 | 53.17 | 0.021 | 49.53 | 0.99 |
| OII | -0.015 | 56.34 | 0.89 | 41.32 | 0.009 | 37.88 | 0.98 |
表5所示。所选染料(MB和OII)在粘土上吸附的动力学参数。
蒙脱粘土吸附MB和OII的实验结果表明，吸附性能取决于染料的性质(阳离子或阴离子)。该蒙脱粘土对阳离子染料(MB)的吸附能力优于对阴离子染料(OII)的吸附能力，在pH不变的溶液中40分钟后，MB的吸附率为90%，OII的吸附率为50% (10ppm溶液)。吸附速率受介质pH的影响(碱性介质对MB的吸附率高，而酸性介质对OII的吸附率高)。吸附动力学与Langmuir和/或Freundlich模型吻合较好，两种染料的吸附过程均为准二级吸附。根据这项工作的结果，我们可以认为，突尼斯南部Elhamma地区的Jebel Aidoudi的蒙脱粘土是一种低成本的天然吸附剂材料，对水溶液中MB和OII有很大的吸附能力。
本工作得到FCT-Grant SFRH/BPD/72398/2010和UID/GEO/04035/2013项目的支持。这项研究得到了MEDYNA的资助:“pirs - ga -2013-612572资助协议下的FP7-Marie Curie行动”。
两位作者对手稿的准备都作了同样的贡献。
数据和材料可以在手稿中找到。
这是我第一次向任何期刊投稿的新作品。手稿被当作伦理标准。
作者没有报告任何潜在的利益冲突。
是的。
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［谷歌学者］
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