硫辛酸修饰钛酸纳米管吸附亚甲基蓝的性能

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.220406

摘要/Abstract

摘要：

在水热法制备钛酸纳米管（Titanate nanotubes，TNTs）的基础上，再通过浸渍法将硫辛酸（Lipoic acid，LA）修饰到钛酸纳米管上，得到硫辛酸修饰的钛酸纳米管（TNTs-LA）。通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、X光电子能谱仪（XPS）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）等仪器对材料进行表征，并以亚甲基蓝（MB）的吸附实验评价其吸附性能。结果表明，TNTs-LA对MB的吸附主要集中于前30 min，60 min可达吸附平衡。MB的去除与溶液pH值有关，且符合二级反应动力学方程，吸附过程是一个多种机制共同作用的结果。Langmuir等温模型拟合得出TNTs-LA对MB的最大吸附量为216.98 mg/g，有较高的吸附能力。

关键词: 钛酸纳米管, 硫辛酸, 亚甲基蓝, 吸附

Abstract:

In this paper， titanate nanotubes （TNTs） are prepared by hydrothermal method， and then the titanate nanotubes （TNTs-LA） are modified with lipoic acid by impregnation method. The structure of TNTs-LA is characterized by scanning electron microscopy （SEM）， transmission electron microscopy （TEM）， X-ray diffraction （XRD）， X-ray photoelectron spectroscopy （XPS） and infrared spectroscopy （FT-IR）， and the adsorption performance of methylene blue （MB） is evaluated. The results show that the adsorption performance of titanate nanotubes modified with lipoic acid is obviously enhanced. The removal of MB is also related to the pH of solution. The kinetic study shows that the adsorption kinetics of MB by titanate nanotubes accords with the second-order kinetic equation. The maximum adsorption capacity of MB on TNTs-LA is 216.98 mg/g by Langmuir adsorption isotherm model.

Key words: Titanate nanotubes, Lipoic acid, Methylene blue, Adsorption

中图分类号:

O647.3

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图/表 13

图1 硫辛酸的分子结构

Fig.1 Chemical structure of Lipoic acid

图2 TNTs （A）和TNTs-LA （B）的SEM图

Fig.2 SEM images of TNTs （A） and TNTs-LA （B）

图3 TNTs（A、B）和TNTs-LA（C、D）的TEM图

Fig.3 TEM images of TNTs （A， B） and TNTs-LA （C， D）

图4 TNTs和TNTs-LA的XRD图

Fig.4 XRD images of TNTs and TNTs-LA

图5 TNTs-LA的XPS谱（A）、S2p（B）和O1s（C）的高分辨XPS谱

Fig.5 Survey XPS spectra （A）， high resolution spectra of S2p （B） and O1s （C） of TNTs-LA

图6 TNTs和TNTs-LA的FT-IR谱图

Fig.6 FT-IR spectra of TNTs and TNTs-LA

图7 投加量对TNTs-LA吸附MB的影响

Fig.7 Effect of dosage on adsorption of MB by TNTs-LA

图8 TNTs-LA的吸附动学拟合曲线

Fig.8 Kinetic adsorption curves of TNTs-LA

表1 TNTS-LA吸附MB动力学参数

Table 1 Kinetic parameters for adsorption of MB by TNTs-LA

Kinetic models	Pseudo first order kinetic moder			Pseudo second order kinetic moder
Parameters	q_e，cal/（mg·g^-1）	k₁/min^-1	r²	q_e，cal/（mg·g^-1）	k₂/（g·mg^-1·min^-1）	r²	q_e，exp/（mg·g^-1）
MB	150.75	0.065	0.956 9	162.23	5.86×10^-4	0.984 7	161.07

图9 TNTs-LA的等温吸附拟合曲线

Fig.9 Isothermal adsorption fitting curve of TNTs-LA

表2 TNTs-LA吸附亚甲基蓝的等温吸附模型参数

Table 2 Isotherm model parameters for adsorption of MB by TNTs-LA

Isotherm models	Langmuir model			Freundlich model
Parameters	Q/（mg·g^-1）	b/（L·mg^-1）	r²	K_F/（mg·g^-1）	n	r²
MB	216.98	3.51	0.975 8	136.36	0.16	0.846 9

表3 不同材料对MB的吸附容量

Table 3 Adsorption capacity of MB by different materials

Materials	TNTs-LA	TNTs^［39］	Jordanian diatomite^［40］	Natural zeolite^［41］	Apricot stone^［42］
MB saturation adsorption/（mg·g^-1）	216.98	133.33	143.3	63.2	55.0

图10 pH值对TNTs-LA吸附MB的影响

Fig.10 Effect of pH on adsorption of MB by TNTs-LA

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