三维全碳多孔结构对亚甲基蓝吸附性能的动力学探究

doi:10.7503/cjcu20160366

高等学校化学学报 ›› 2016, Vol. 37 ›› Issue (11): 2043.doi: 10.7503/cjcu20160366

三维全碳多孔结构对亚甲基蓝吸附性能的动力学探究

索路路¹, 李生娟¹(), 李应涛¹, 张莉¹, 张熙²

1. 上海理工大学材料科学与工程学院
2. 能源与动力工程学院, 上海 200093

收稿日期:2016-05-23 出版日期:2016-11-10 发布日期:2016-10-19
作者简介:联系人简介: 李生娟, 女, 博士, 副教授, 主要从事纳米材料的制备及应用研究. E-mail: usstshenli@usst.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(批准号: 51402192)和沪江基金(批准号: B14006)资助

Kinetic Studies of All-carbon Porous Structure on the Adsorption of Methylene Blue^†

SUO Lulu¹, LI Shengjuan^1,^*(), LI Yingtao¹, ZHANG Li¹, ZHANG Xi²

1. School of Materials Science and Engineering
2. School of Energy and Power Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China

Received:2016-05-23 Online:2016-11-10 Published:2016-10-19
Contact: LI Shengjuan E-mail:usstshenli@usst.edu.cn
Supported by:
† Supported by the National Natural Science Foundation of China(No.51402192) and the Hujiang Foundation of Shanghai, China(No;B14006)

摘要/Abstract

摘要：

采用低温-烧结法, 以碳纳米管(CNTs)为基本骨架, 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球为造孔剂, 制备了一种孔径可调的三维全碳多孔结构(ACPs); 利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、 X射线衍射分析(XRD)、拉曼光谱(Raman)、比表面积及孔结构分析等对ACPs的形貌、组成、结构及比表面积进行了表征; 考察了ACPs对模拟污染物亚甲基蓝的吸附效果. 结果表明, 该ACPs为内部含有大孔、介孔及微孔的三维连通孔隙结构, 具有较大的比表面积. ACPs对亚甲基蓝的吸附过程符合伪二级动力学模型, 对亚甲基蓝的平衡吸附量q_e与亚甲基蓝溶液的平衡浓度c_e的关系满足Langmuir等温吸附模型, 由Langmuir 模型计算得到ACPs对亚甲基蓝的最大吸附容量为 151.3 mg/g.

关键词: 多孔碳结构, 吸附, 亚甲基蓝, 动力学

Abstract:

The three-dimensional all-carbon porous structures(ACPs) were synthesized via low-temperature calcination which used carbon nanotubes(CNTs) as a skeleton, polymethyl methacrylate(PMMA) as pore former. ACPs were investigated by means of scanning electron microscope(SEM), transmission electron microscope(TEM), X-ray diffraction(XRD), Raman analysis(RAMAN) and specific surface area test(BET). The adsorbent activities of the ACPs were evaluated for the reduction of methylene blue(MB). The results show that adsorption rates fit well with pseudo second order kinetics model. Maximum adsorption capacity of the structure to MB was estimated by extrapolating equilibrium adsorption amounts at different dye concentrations using the Langmuir isotherm. It was found to be about 151.3 mg/g.

Key words: Porous carbon structure, Adsorption, Methylene blue, Kinetics

中图分类号:

O647

TrendMD:

索路路, 李生娟, 李应涛, 张莉, 张熙. 三维全碳多孔结构对亚甲基蓝吸附性能的动力学探究. 高等学校化学学报, 2016, 37(11): 2043.

SUO Lulu, LI Shengjuan, LI Yingtao, ZHANG Li, ZHANG Xi. Kinetic Studies of All-carbon Porous Structure on the Adsorption of Methylene Blue^†. Chem. J. Chinese Universities, 2016, 37(11): 2043.

图/表 10

Fig.1 TGA curves of CNTs, PMMA and CNT/PMMA composite

Fig.2 SEM(A—C), TEM(D) images of all-carbon porous structures(ACPs)and particle size distribution[inset of (A)] of PMMA

Fig.3 XRD patterns(A) and Raman spectra(B) of ACPsa. CNTs; b. ACPs-7; c. ACPs-12; d. ACPs-20.

Fig.4 N2-adsorption isotherms(A) and pore-size distribution(B) of ACPs

Fig.5 Stress-strain curve(A) of ACPs-12 and compressive strength of different samples(B)

Fig.6 Influence of pore size(A) and initial concentration of MB(B) on adsorption

Fig.7 Regression of kinetic plots for the adsorption of methylene blue by ACPS-20 (A) Pseudo-first order model; (B) pseudo-second order model.

Table 1 Kinetic parameters for the adsorption of methylene blue by ACPs-20

c₀/ (mg·L^-1)	q_{e, exp}/ (mg·g^-1)	Pseudo-first order model			Peseudo-second order
c₀/ (mg·L^-1)	q_{e, exp}/ (mg·g^-1)	q_{e, cal}/(mg·g^-1)	k₁/min^-1	R²	q_{e, cal}/(mg·g^-1)	k₂/(g·mg^-1·min^-1)	R²
16	146.5	109.0	8.751×10^-3	0.96077	156.3	1.379×10^-4	0.99948

Fig.8 Langmuir isotherm model(A) and Freundlich isotherm model(B)

Table 2 Fitting results simulated by Langmuir and Freundlich isotherm models

Langmuir isotherm model			Freundlich isotherm model
q_m/(g·mg^-1)	b/(L·mg^-1)	R²	K_f	n	R²
151.3	2.84	0.99421	104.1	7.1	0.91117

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