磁性二氧化硅/壳聚糖复合气凝胶的制备及其对铜离子的吸附研究
收稿日期: 2022-08-26
网络出版日期: 2023-06-14
基金资助
福建省自然科学基金资助项目(2022J011163);福建省自然科学基金资助项目(2017J01710);2022年福建省科技特派员资金项目资助;福建省大学生创新创业训练计划项目(201911498029);莆田学院功能材料研究创新团队(科研［2022］10号)
Study on preparation of magnetic SiO2/chitosan composite aerogel and its adsorption for Cu2+
Received date: 2022-08-26
Online published: 2023-06-14
采用共沉淀法制备四氧化三铁，通过改进Stober法将二氧化硅包裹在四氧化三铁表面，制备磁性二氧化硅，进一步制得磁性二氧化硅/壳聚糖复合气凝胶。通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、比表面积测试（BET）和红外光谱分析（FT-IR）对其结构进行表征。结果表明，复合气凝胶的比表面积为24.93 m2/g，平均孔径为19.02 nm，是一种介孔材料，有利于对铜离子的吸附。考察了pH、复合气凝胶用量和铜离子初始浓度对吸附性能的影响。当pH为6.0、复合气凝胶用量为50 mg、铜离子初始质量浓度为10 mg/L时，复合气凝胶对铜离子的吸附率达98.99%，且循环使用4次后吸附率仍较高。复合气凝胶对铜离子的吸附过程遵循Langmuir吸附等温模型和准二级动力学方程，是一种熵增、吸热自发的化学吸附过程。
傅明连 , 岑健梅 , 陈彰旭 . 磁性二氧化硅/壳聚糖复合气凝胶的制备及其对铜离子的吸附研究[J]. 无机盐工业, 2023 , 55(6) : 70 -77 . DOI: 10.19964/j.issn.1006-4990.2022-0507
Fe3O4 was prepared by co-precipitation method，and SiO2 was wrapped on the surface of Fe3O4 by modified stober method to prepare magnetic SiO2，and then the magnetic SiO2/chitosan composite aerogel was prepared.The structure of composite aerogel was characterized by scanning electron microscopy（SEM），X-ray diffraction（XRD），specific surface area testing（BET），and Fourier transform infrared spectrometer（FT-IR），and the results showed that the specific surface area of composite aerogel was 24.93 m2/g，the average pore diameter was 19.02 nm，and the composite aerogel was a mesoporous material，it was favorable for the adsorption of Cu2+.The effects of the pH value，the dosage of composite aerogel and the initial concentration of Cu2+ on the adsorption performance were investigated.When the pH value was 6.0，the dosage of composite aerogel was 50 mg，the initial concentration of Cu2+ was 10 mg/L，the adsorption rate of composite aerogel for Cu2+ reached 98.99 %，and was still relatively high after recycling for 4 times.The adsorption process of Cu2+ was followed the Langmuir adsorption isotherm model and the pseudo-secondary-order kinetic model，and it was an entropy-increasing and endothermic spontaneous chemisorption process.
Key words： magnetic; adsorption; silica; chitosan; composite aerogel
| 1 | ZHANG Xiaoxiao， SHI Xuejuan， MA Liang，et al.Preparation of chitosan stacking membranes for adsorption of copper ions［J］.Polymers，2019，11（9）：1463. |
| 2 | 王勇力，刘妮，李海洋，等.硅胶改性壳聚糖膜的制备及其对Cu2+的吸附性能［J］.无机盐工业，2019，51（8）：60-63. |
| WANG Yongli， LIU Ni， LI Haiyang，et al.Preparation of chitosan membrane modified by silica gel and its absorption properties for Cu2+ removal［J］.Inorganic Chemicals Industry，2019，51（8）：60-63. | |
| 3 | PARK S K， KIM Y K.Adsorption of copper ions from aqueous solution using surface modified pine bark media［J］.Journal of the Korean Society of Water and Wastewater，2019，33（2）：131-140. |
| 4 | 马健伟，任淑鹏，初阳，等.化学沉淀法处理重金属废水的研究进展［J］.化学工程师，2018，32（8）：57-59，41. |
| MA Jianwei， REN Shupeng， CHU Yang，et al.Chemical precipitation method for treating heavy metal wastewater［J］.Chemical Engineer，2018，32（8）：57-59，41. | |
| 5 | 杜晗.膜电解法处理高浓度含铜电镀废水技术工艺［D］.兰州：兰州交通大学，2021. |
| DU Han.Technology of treating high concentration electroplating wastewater containing copper by membrane electrolysis［D］.Lanzhou：Lanzhou Jiaotong University，2021. | |
| 6 | GOMELYA N， MELNYCHENKO Y， RADOVENCHYK I.Purification of wastewater from the ions of copper，zinc，and lead using an electrolysis method［J］.Eastern-European Journal of Enterprise Technologies，2018，6（10）：42-48. |
| 7 | BURAKOV A E， GALUNIN E V， BURAKOVA I V，et al.Adsorption of heavy metals on conventional and nanostructured materials for wastewater treatment purposes：A review［J］.Ecotoxicology and Environmental Safety，2018，148：702-712. |
| 8 | 王梓民，石海信，王爱荣，等.两性离子接枝共聚淀粉的制备及对Cu2+的吸附性能［J］.工业水处理，2020，40（11）：53-57. |
| WANG Zimin， SHI Haixin， WANG Airong，et al.Preparation of zwitterionic graft copolymerized starch and its adsorption performance for Cu2+ ［J］.Industrial Water Treatment，2020，40（11）：53-57. | |
| 9 | 李静，何宗文，鲍东杰，等.磁性MnFe2O4@Al2O3对废水中铜的吸附行为研究［J］.工业水处理，2020，40（7）：56-60. |
| LI Jing， HE Zongwen， BAO Dongjie，et al.Adsorption performance of Cu from wastewater using magnetic MnFe2O4@Al2O3 ［J］.Industrial Water Treatment，2020，40（7）：56-60. | |
| 10 | LINNIKOV О D， RODINA I V， BAKLANOVA I V，et al.Sorption of copper（Ⅱ） ions from aqueous solution by activated carbon BAU-A and coal sorbent MIU-S.The relationship between the structure of sorbents and their sorption properties［J］.Water Science and Technology，2022，85（10）：3088-3106. |
| 11 | LI Mu， LUO Jingwen， LU Jianjiang，et al.A novel nanofibrous PAN ultrafiltration membrane embedded with ZIF-8 nanoparticles for effective removal of Congo red，Pb（Ⅱ），and Cu（Ⅱ） in industrial wastewater treatment［J］.Chemosphere，2022，304：135285. |
| 12 | 郑怀礼，蒋君怡，万鑫源，等.磁性纳米材料吸附处理工业废水的研究进展［J］.中国环境科学，2021，41（8）：3555-3566. |
| ZHENG Huaili， JIANG Junyi， WAN Xinyuan，et al.Adsorption treatment of industrial wastewater by magnetic nanoparticles：A review［J］.China Environmental Science，2021，41（8）：3555-3566. | |
| 13 | 李楠，代红艳.Fe3O4@SiO2核壳磁性纳米材料的制备及其对Cu（Ⅱ）的吸附研究［J］.功能材料，2021，52（8）：8151-8155. |
| LI Nan， DAI Hongyan.The preparation of Fe3O4@SiO2 core-shell magnetic nanomaterials and their Cu（Ⅱ） adsorption study［J］.Journal of Functional Materials，2021，52（8）：8151-8155. | |
| 14 | 王君，周怡伶，陈勇，等.Fe3O4@SiO2-Chitosan的制备及其对水中Cu2+的吸附效能研究［J］.环境科学学报，2019，39（8）：2567-2574. |
| WANG Jun， ZHOU Yiling， CHEN Yong，et al.Preparation of Fe3O4@SiO2-Chitosan and its adsorption properties for copper ions in water［J］.Acta Scientiae Circumstantiae，2019，39（8）：2567-2574. | |
| 15 | LIU Xudong， HUANG Ying， YAN Jing，et al.Covalently bonded Fe3O4@SiO2-reduced graphene oxide nanocomposites as high-efficiency electromagnetic wave absorbers［J］.Ceramics International，2020，46（4）：5175-5184. |
| 16 | 吕璐涛，杨宗霖，刘伟，等.气凝胶材料的研究进展及其在航空航天领域的应用［J］.高分子通报，2022（4）：11-29. |
| LV Lutao， YANG Zonglin， LIU Wei，et al.Progress of aerogel materials and their applications in aerospace［J］.Polymer Bulletin，2022（4）：11-29. | |
| 17 | 裴梓帆，王雪，唐寅涵，等.磁性气凝胶材料的应用研究进展［J］.材料导报，2019，33（S1）：470-475. |
| PEI Zifan， WANG Xue， TANG Yinhan，et al.Research progress on the application of magnetic aerogel materials［J］.Materials Reports，2019，33（S1）：470-475. | |
| 18 | 闵洁，何丽华，郑荣，等.核/壳结构磁性Fe3O4@SiO2纳米粒子的制备及表征［J］.现代化工，2021，41（2）：146-150. |
| MIN Jie， HE Lihua， ZHENG Rong，et al.Preparation and characterizations of core-shell structural Fe3O4@SiO2 magnetic nanoparticles［J］.Modern Chemical Industry，2021，41（2）：146-150. | |
| 19 | CHEN Zhangxu， FU Minglai.Recyclable magnetic Fe3O4@SiO2/β-NaYF4：Yb3+，Tm3+/TiO2 composites with NIR enhanced photocatalytic activity［J］.Materials Research Bulletin，2018，107：194-203. |
| 20 | XU Yaohui， ZHOU Yang， MA Wenhui，et al.A highly sensitive and efficient Fe3O4@SiO2 nanoparticles chemosensor for Cu2+ removal［J］.Integrated Ferroelectrics，2013，147（1）：110-114. |
| 21 | 朱丹琛，李名洁，陈彰旭，等.水热法合成二氧化锰及其对染料的脱色性能研究［J］.无机盐工业，2021，53（11）：60- 65. |
| ZHU Danchen， LI Mingjie， CHEN Zhangxu，et al.Study on hydrothermal synthesis of MnO2 and its decolorization performance on dyes［J］.Inorganic Chemicals Industry，2021，53（11）：60-65. | |
| 22 | 张翔凌，邓礼楚，方晨佳，等.不同类型LDHs负载改性麦饭石对Cr（Ⅵ）吸附性能［J］.环境科学，2019，40（1）：300-309. |
| ZHANG Xiangling， DENG Lichu， FANG Chenjia，et al.Adsorption of Cr（Ⅵ） in water by maifanite modified with different LDHs coatings［J］.Environmental Science，2019，40（1）：300- 309. |
/
| 〈 |
|
〉 |
