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超薄g-C_3N_4吸附性能的研究

2021-06-09分类号:X703;O647.33

【作者】何小苗  吴晶  江吉周  李紫嫣  邹菁  
【部门】武汉工程大学环境生态与生物工程学院/化学与环境工程学院  湖北省地质实验测试中心自然资源部稀土稀有稀散矿产重点实验室  
【摘要】吸附法具有操作简便、高效、吸附剂可再生等优点,被普遍认为是去除工业染料的最有效方法之一.以三聚氰胺为前驱体,采用热聚合法,制备了块体g-C_3N_4,并使用热剥离法对其进行剥离,得到一次剥离g-C_3N_4和二次剥离g-C_3N_4产物.通过TEM、AFM、XRD、DRS、BET对其形貌、组成和结构进行了表征,同时探索了温度、pH、起始浓度、吸附时间对超薄g-C_3N_4的吸附性能的影响.结果表明:50 mg块体g-C_3N_4、一次剥离g-C_3N_4、二次剥离g-C_3N_4在1 h内对90 mg·L~(-1)有机染料罗丹明B (RhB)和100 mg·L~(-1)刚果红(CR)的最大吸附量分别为:7.270 mg·g~(-1)、5.207 mg·g~(-1);20.463 mg·g~(-1),20.909 mg·g~(-1);36.094 mg·g~(-1),50.375 mg·g~(-1).特别是在一次剥离g-C_3N_4的吸附体系中,证实了RhB和CR的吸附Freundlich等温线方程分别为ln q_e=-0.93+0.87ln c_e(R~2=0.90)、ln q_e=-0.09+0.73ln c_e(R~2=0.97);并且RhB的吸附为准一级动力学模型:ln (q_e-q_t)=-0.04t+3.3 (R~2=0.93),而CR的吸附为为准二级动力学模型:t/q_t=0.07t+0.14 (R~2=0.99).第一性原理计算表明,超薄g-C_3N_4对RhB和CR的吸附动力学模型不同,主要是由于RhB和CR的分子结构不同、前线轨道不同、表面静电势不同,使其在超薄g-C_3N_4的表面上的吸附位点和吸附能不同等微观差异所导致的.这将为二维材料吸附、检测、降解环境污染物提供新的视野.
【关键词】g-C_3N_4  热剥离  吸附  罗丹明B  刚果红  Freundlich等温线
【基金】国家自然科学基金项目(62004143);; 中央引导地方科技发展专项资金项目(2020ZYYD033);; 自然资源部稀土稀有稀散矿产重点实验室开放基金项目(KLRM-KF202005);; 武汉工程大学第十一届研究生教育创新基金项目(CX2019199)
【所属期刊栏目】华中师范大学学报(自然科学版)
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