改性MCM-41分子篩對(duì)陰離子偶氮染料的吸附作用機(jī)理

全姍姍，朱玉嬋，任占海，郗騰，魯明珠，任占冬（武漢輕工大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 43003;中國(guó)石油吉林石化分公司，吉林 吉林 30）

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改性MCM-41分子篩對(duì)陰離子偶氮染料的吸附作用機(jī)理

全姍姍1，朱玉嬋1，任占海2，郗騰1，魯明珠1，任占冬1
（1武漢輕工大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430023;2中國(guó)石油吉林石化分公司，吉林 吉林 132021）

摘要：制備了改性介孔分子篩NH3+-MCM-41，研究了其對(duì)陰離子偶氮染料甲基紅的吸附效果。研究表明，通過(guò)氨基改性使介孔分子篩MCM-41表面電荷發(fā)生改變，從而利用靜電吸附作用改善了脫除效果，使甲基紅吸附率提高了1.1倍，達(dá)到90.4%。溶液pH值的改變會(huì)影響NH3+-MCM-41的表面電荷，從而影響吸附效率，其最佳pH值為4。溶液中的雜質(zhì)離子均會(huì)對(duì)吸附產(chǎn)生影響，當(dāng)溶液中含有Cl?、NO3?時(shí)，對(duì)吸附效果影響不大；而當(dāng)溶液中含有CO32?和HPO42?等高價(jià)弱酸根離子時(shí)，對(duì)吸附效果影響很大，基本不吸附染料。此外，通過(guò)其吸附動(dòng)力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，吸附過(guò)程中不符合準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，而較好符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)，說(shuō)明在該過(guò)程中存在化學(xué)吸附，這種化學(xué)吸附涉及吸附劑與吸附質(zhì)之間的電子共用或電子轉(zhuǎn)移。

關(guān)鍵詞：吸附；甲基紅；分子篩；表面電荷

第一作者：全姍姍（1989—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)閼?yīng)用化學(xué)。聯(lián)系人：朱玉嬋，博士，副教授，研究方向材料化學(xué)。E-mail zhuyuchan@163.com。

目前，染料生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的染料廢水，其組分復(fù)雜、色度高、懸浮物多、COD和BOD濃度高、難降解物質(zhì)較多。因此染料廢水如直接排放，則對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，并可能通過(guò)食物鏈直接或間接影響人們的身體健康。在染料廢水中，含偶氮染料廢水占印染廢水總量的一半以上[1]，甲基紅（methyl red，MR）是一種陰離子偶氮染料，由于其具有價(jià)格低廉、易于制備等特點(diǎn)，在印刷和紡織印染行業(yè)中被廣泛使用[2-3]，所以對(duì)其廢水的處理是十分重要的。偶氮染料分子中具有偶氮基團(tuán)和苯環(huán)結(jié)構(gòu)，其降解存在一定難度。目前，對(duì)其處理方法的研究主要有生物降解法[4-7]、光催化氧化[8-13]、吸附法[14-15]和電化學(xué)氧化法[16]等。

吸附分離技術(shù)在處理染料廢水時(shí)被認(rèn)為是最有效和可行的方法[17]，具有操作簡(jiǎn)單、成本低和吸附劑可循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)。不同的吸附劑，如分子篩[18]和活性炭[19]都可以用于甲基紅等偶氮染料的去除，但脫除效果仍有待于進(jìn)一步提高。目前，有序介孔材料作為吸附劑的研究已引起了人們廣泛的關(guān)注。MCM-41介孔分子篩具有一維六方規(guī)則有序結(jié)構(gòu)，較大的比表面積、孔道大小均勻和一定的憎水性，對(duì)廢水中染料分子具有較好的脫除效果[20]。如果利用金屬氧化物對(duì)MCM-41分子篩進(jìn)行改性，如利用Ni2O、Mn2O3和Al等，可以進(jìn)一步提高對(duì)亞甲基藍(lán)[21-22]、羅丹明B[23]、酸性品紅和酸性橙Ⅱ[24]等染料的吸附效果。另外，由于MCM-41表面帶有Si-OH官能團(tuán)使其帶負(fù)電，所以其對(duì)甲基紅等陰離子染料具有靜電排斥作用，無(wú)法發(fā)生有效吸附。如利用NH3+改性MCM-41分子篩，可以有效吸附甲基橙、橙黃Ⅳ、活性艷紅X-3B、酸性品紅等陰離子染料[25]。但目前還沒(méi)有利用改性MCM-41分子篩吸附脫除甲基紅的研究報(bào)道，一方面是因?yàn)榧谆t是陰離子偶氮染料，其脫除難度很大；另一方面則是因?yàn)榧谆t是醇溶性染料，而其他大多數(shù)染料都是水溶性的。所以對(duì)MCM-41進(jìn)行改性時(shí)，既要改變其表面的電荷分布，又要保持其憎水性。針對(duì)此問(wèn)題，本文利用3-氨丙基三甲氧基硅烷改性MCM-41分子篩，并進(jìn)行酸化，這樣既保持了表面的憎水性，又使表面電荷發(fā)生改變，有利于甲基紅吸附脫除。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑與材料

十六烷基三甲基溴化胺（CTAB）、氨水、正硅酸乙酯（TEOS）、3-氨丙基三甲氧基硅烷（APTS）、甲苯、甲醇、鹽酸、甲基紅等化學(xué)試劑均為分析純，購(gòu)于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2MCM-41分子篩的制備及改性

MCM-41分子篩制備：在250mL三口燒瓶中加入一定量的CTAB、氨水和去離子水，然后滴加TEOS，摩爾比為 NH3∶CTAB∶TEOS∶H2O=8∶0.1∶1∶66.7，回流攪拌4h。反應(yīng)完畢后將混合物轉(zhuǎn)移至燒杯中熟化12h，再放入水熱反應(yīng)釜中，在110℃下晶化48h。待反應(yīng)釜冷卻后，取出產(chǎn)品減壓蒸餾，用蒸餾水洗至接近中性，粉末轉(zhuǎn)入蒸發(fā)皿，于烘箱中120℃烘干、研細(xì)。研磨后放入馬弗爐中540℃煅燒5h。

NH3+-MCM-41分子篩制備：取5mL 3-氨丙基三甲氧基硅烷（APTS），50mL甲苯，加入4g MCM-41分子篩，氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下140℃回流24h。反應(yīng)完畢后待溶液冷卻至室溫，用高速離心機(jī)離心分離，分離后的固體在索氏提取器用甲苯和甲醇洗滌4h，產(chǎn)品于90℃條件下真空干燥8h，得到NH2-MCM-41。取1.0g NH2-MCM-41中加入100mL 2.0mol/L HCl攪拌5h，再抽濾洗滌至中性，室溫干燥24h，即得NH3+-MCM-41。

1.3樣品表征

X射線衍射型號(hào)為Shimadzu XRD-600，Cu-Kα射線源，管電流30mA，管電壓40kV，掃描范圍2°～10°，掃描速率2°/min。BET比表面積是在?196℃下的氮?dú)夥罩型ㄟ^(guò)物理吸附測(cè)定，儀器型號(hào)為Micromeritics ASAP2020，比表面積采用BET法計(jì)算，孔徑分布和孔容采用BJH法計(jì)算。Zeta電勢(shì)測(cè)定在英國(guó)Malvern公司Zetasizer （Nano-ZS）電位計(jì)進(jìn)行測(cè)定。

1.4吸附效果的考察

在25℃條件下，將0.04g吸附劑加入不同初始濃度甲基紅溶液中進(jìn)行攪拌，每隔一定時(shí)間進(jìn)行取樣，經(jīng)微孔濾膜過(guò)濾后，并用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)對(duì)甲基紅濃度進(jìn)行分析，從而計(jì)算吸附效率和吸附量，即可得出吸附動(dòng)力學(xué)曲線。在此基礎(chǔ)上改變?nèi)芤簆H值（4～11），考察pH值對(duì)吸附劑表面電荷及對(duì)甲基紅吸附效果的影響。另外，通過(guò)添加濃度為0.01mol/L各種雜質(zhì)離子（Cl?、NO3?、CO32?、HPO42?、SO42?）考察其對(duì)甲基紅吸附效果的影響。

2　結(jié)果與討論

2.1結(jié)構(gòu)分析

圖1是MCM-41和氨基改性后MCM-41的XRD圖譜，從圖1中可以看出，所制備的MCM-41介孔分子篩在衍射角為2.24°時(shí)有較強(qiáng)的衍射峰，對(duì)應(yīng)其（100）晶面；在3.86°和4.45°也有較強(qiáng)的衍射峰，代表其（110）和（200）晶面，這與具有六方對(duì)稱結(jié)構(gòu)的典型MCM-41介孔材料相符合，計(jì)算得到其晶面間距（100）為4.02nm。另外，從圖1中還可以看出，NH3+-MCM-41 在2.22°、3.86°和4.45°也有明顯的衍射峰，說(shuō)明質(zhì)子化后的MCM-41仍保持這種長(zhǎng)程有序六方形介孔結(jié)構(gòu)，但衍射峰強(qiáng)度相對(duì)較弱，這可能是有機(jī)基團(tuán)連接到介孔孔道內(nèi)，從而減少介孔孔壁的衍射能量。另外，這種改性還會(huì)減少M(fèi)CM-41的比表面積，通過(guò)N2吸脫附測(cè)定可得MCM-41和NH3+-MCM-41 的BET比表面積分別為1042m2/g和703m2/g，孔容分別為0.92cm3/g 和0.52cm3/g，BJH平均孔徑分別為3.05nm和2.72nm。這是由于有機(jī)官能團(tuán)接枝在MCM-41的內(nèi)表面，占據(jù)了孔道內(nèi)部空間，使其比表面積、孔容和孔徑都減小。

圖1　MCM-41和NH3+-MCM-41 的XRD圖

2.2表面電荷分析

從前面的XRD表征中可以看出，經(jīng)氨基改性后，MCM-41介孔分子篩的有序六方結(jié)構(gòu)并沒(méi)有改變，但是改性后的吸附劑表面存在大量NH3+基，所以其表面電荷應(yīng)該發(fā)生改變。這種固液界面的表面荷電情況可以用Zeta電位來(lái)描述，如圖2。從圖2中可以看出，在pH值為4～11范圍內(nèi)，未改性的MCM-41表面帶負(fù)電（pHZPC<3），這是因?yàn)槠浔砻鎺в写罅苛u基所致。但經(jīng)過(guò)NH3+改性后，其表面電荷發(fā)生明顯變化。當(dāng)pH<9.3時(shí)，NH3+-MCM-41表面均帶正電，與未改性的MCM-41表面電荷正好相反，這說(shuō)明NH3+基確實(shí)嫁接到MCM-41分子篩的表面，起到了對(duì)表面電荷結(jié)構(gòu)調(diào)控的作用。而這種改變將有利于甲基紅的吸附，因?yàn)榧谆t水溶液帶負(fù)電，所以兩者之間會(huì)表現(xiàn)出一定的靜電吸引作用，從而提高吸附效果。但當(dāng)pH>9.3時(shí)，堿性增大，溶液中過(guò)多的OH?會(huì)使NH3+-MCM-41表面正電荷發(fā)生中和，以致于使表面重新荷負(fù)電，從而使這種靜電作用明顯減弱，可能會(huì)導(dǎo)致吸附效果明顯變差。

圖2　不同pH值下MCM-41和NH3+-MCM-41 的Zeta電勢(shì)

2.3靜電作用對(duì)吸附效果的影響

通過(guò)前面的表征可知，通過(guò)表面氨基的修飾，改變了吸附劑表面的電荷分布，下面進(jìn)行吸附效果的檢測(cè)。如圖3所示，未經(jīng)改性的MCM-41對(duì)甲基紅有一定的吸附效果，但其吸附率較低，僅為42.9%；而NH3+-MCM-41吸附效果明顯要好于MCM-41，吸附率達(dá)到90.4%，提高了1.1倍。這種吸附效率的提高可能就是緣于表面電荷改變后的靜電吸引作用。另外從圖3中可以看出，NH3+-MCM-41對(duì)甲基紅的吸附過(guò)程總體可分為3個(gè)階段：在吸附初期（0～5min），吸附速率增加最快，是一個(gè)快速吸附過(guò)程；在吸附中期（5～20min），吸附速率明顯減慢；在吸附后期，吸附率趨于穩(wěn)定，吸附基本達(dá)到平衡。這3個(gè)階段代表著甲基紅分子從溶液中擴(kuò)散到吸附劑外表面液膜，甲基紅分子通過(guò)液膜擴(kuò)散后進(jìn)入吸附劑孔道中，甲基紅分子與吸附劑內(nèi)表面發(fā)生作用并產(chǎn)生有效吸附等過(guò)程。從圖3中可以看出，NH3+-MCM-41最佳吸附時(shí)間為20min，其吸附率達(dá)到90.4%，說(shuō)明甲基紅與NH3+-MCM-41表面具有較高的親和力。一方面是因?yàn)镹H3+-MCM-41孔道均一且有序，這有利于吸附質(zhì)在孔道中的傳質(zhì)擴(kuò)散；另一方面，是由于吸附劑表面與甲基紅分子間的靜電作用，大大促進(jìn)了染料分子的吸附，起到了主要作用。為了進(jìn)一步證明這種靜電作用力所起到的主要作用，為此選取了一種陽(yáng)離子染料亞甲基藍(lán)，考察改性前后MCM-41對(duì)其的吸附效果。如圖4所示，未經(jīng)改性MCM-41分子篩具有較好的吸附效果，20min后達(dá)到吸附平衡，吸附率達(dá)到97%。而經(jīng)氨基改性后的MCM-41分子篩對(duì)亞甲基藍(lán)則幾乎沒(méi)有吸附效果，而造成如此大反差的原因在于NH3+-MCM-41表面帶有大量正電荷，對(duì)亞甲基藍(lán)陽(yáng)離子染料有很強(qiáng)的靜電排斥作用，所以使其不能在表面進(jìn)行吸附。由此可見(jiàn)這種靜電作用對(duì)吸附效果影響很大。

圖3　MCM-41和NH3+-MCM-41的甲基紅吸附率

圖4　MCM-41和NH3+-MCM-41的亞甲基藍(lán)吸附率

從前面的研究可以看出，在吸附過(guò)程中靜電作用影響很大，又由圖2可知，不同pH值下吸附劑表面電荷性質(zhì)有所不同，這種表面電荷的變化必將影響到吸附劑與染料分子之間的靜電作用，從而影響吸附效果，所以應(yīng)該考察pH值對(duì)吸附效果的影響。從圖5中可以看出，當(dāng)pH值為4時(shí)，吸附效果最好，其最大吸附容量為291mg/g。但隨著其pH值的增加，吸附容量不斷下降，當(dāng)pH值為7時(shí)，qt明顯下降為156mg/g，進(jìn)一步提高pH值為9時(shí)，qt進(jìn)一步下降到52mg/g，而當(dāng)pH為11時(shí)，吸附量qt最低，僅為14mg/g。這一方面是因?yàn)樵趬A性條件下，NH3+-MCM-41的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低（即NH3+-MCM-41在堿性溶液中發(fā)生水解），所以吸附性能下降；另一個(gè)重要原因是由于靜電作用是染料吸附的主要作用，當(dāng)溶液pH增加時(shí)，溶液中OH?隨之增加，其與NH3+-MCM-41 的表面發(fā)生反應(yīng)，從而降低NH3+-MCM-41 的帶電量并導(dǎo)致吸附量的下降。這種表面電荷的變化與前面不同pH值對(duì)表面Zeta電勢(shì)影響的規(guī)律是相同的。

圖5　不同pH值下NH3+-MCM-41對(duì)甲基紅的吸附量

2.4吸附動(dòng)力學(xué)的考察

下面研究NH3+-MCM-41對(duì)甲基紅的吸附動(dòng)力學(xué)，首先在不同初始濃度下考察吸附效果。從圖6中可以看出，甲基紅初始濃度不同，其吸附量也不同。當(dāng)甲基紅濃度為40mg/L時(shí)，最大吸附量為143mg/g；甲基紅濃度為60mg/L時(shí)，最大吸附量為234mg/g；而進(jìn)一步提高甲基紅濃度為80mg/L、100mg/L和150mg/L時(shí)，最大吸附量分別提高到359mg/g、452mg/g和674mg/g。吸附量隨著甲基紅初始濃度增加而增大，這是因?yàn)殡S著甲基紅濃度增大，增加了甲基紅溶液與吸附劑表面之間的濃度梯度，吸附推動(dòng)力增加，促使染料分子不斷聚集在吸附劑表面，吸附劑與染料分子接觸的概率增加，導(dǎo)致吸附作用增強(qiáng)。

圖6　不同初始濃度下NH3+-MCM-41對(duì)甲基紅的吸附量

假設(shè)吸附速率受擴(kuò)散步驟控制，可以采用Lagergren準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型；假設(shè)吸附速率受化學(xué)吸附機(jī)理控制，則應(yīng)采用準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行擬合。下面分別利用兩種動(dòng)力學(xué)模型對(duì)甲基紅吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程進(jìn)行擬合，判斷其控制步驟。首先兩種模型所對(duì)應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程為式(1)和式(2)。

式中，qe和qt分別為平衡時(shí)刻和t時(shí)刻的吸附量，mg/g；k1為一級(jí)速率常數(shù)，min；k2為二級(jí)速率常數(shù)，g/(mg·min)，其積分式如式(3)、式(4)。

首先，以ln(qe?qt)對(duì)t作圖，并進(jìn)行直線擬合，見(jiàn)圖7，得到其線性擬合相關(guān)系數(shù)R2分別等于0.90694、0.70616和0.91759，說(shuō)明擬合效果不好，即在整個(gè)吸附過(guò)程并不能很好地符合Lagergren準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng)速率方程。若采用準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行擬合，利用t/qt對(duì)t作圖，在不同濃度下均呈現(xiàn)非常好的線性關(guān)系，其R2分別等于0.99982、0.99965和0.99983，說(shuō)明在整個(gè)吸附過(guò)程中能較好地符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。另外，還可以根據(jù)圖7中擬合直線計(jì)算出qe、k1和k2值，并與實(shí)驗(yàn)中的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表1。從表1中可以看出，采用準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合，通過(guò)擬合方程中計(jì)算得到qe僅為43.4mg/g、93.1mg/g和263.2mg/g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于實(shí)際實(shí)驗(yàn)測(cè)定的平衡吸附量。而通過(guò)準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合得到qe分別為239.8mg/g、458.7mg/g和689.7mg/g，與實(shí)驗(yàn)值相接近，進(jìn)一步說(shuō)明準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型符合甲基紅的吸附過(guò)程，說(shuō)明在該過(guò)程中存在化學(xué)吸附，這種化學(xué)吸附涉及吸附劑與吸附質(zhì)之間的電子共用或電子轉(zhuǎn)移。另外，從表1中可以看出，反應(yīng)速率常數(shù)k2隨著初始濃度的增加而下降，這是因?yàn)楫?dāng)吸附劑初始濃度增大后，溶液中的分子數(shù)目就增多，因此平衡吸附量增大，但是卻對(duì)吸附造成了空間阻隔，吸附速度減慢，因此反應(yīng)速度k2就減小。

圖7　NH3+-MCM-41對(duì)甲基紅的吸附動(dòng)力學(xué)

表1　甲基紅吸附動(dòng)力學(xué)擬合數(shù)據(jù)

2.5雜質(zhì)離子對(duì)吸附效果的影響

通過(guò)前面的研究可知，靜電作用對(duì)吸附效果影響很大，那么水中常見(jiàn)的陰離子，如Cl?、NO3?、SO42?、CO32?和HPO42?等會(huì)不會(huì)通過(guò)靜電作用影響吸附效果呢？對(duì)此進(jìn)行了進(jìn)一步考察，如圖8。由圖8可知，溶液不含其他雜質(zhì)離子時(shí)，其qt達(dá)到了175.2mg/g；當(dāng)含有Cl?時(shí)，平衡吸附量為160.3mg/g，下降了9%；含有NO3?時(shí)，其平衡吸附量與不含離子時(shí)相當(dāng)，為179.8mg/g；當(dāng)含有SO42?時(shí)，qt為150.2mg/g，下降了14%；而當(dāng)溶液中含有CO32?時(shí)，qt為18.3mg/g，下降了90%；而含有HPO42?時(shí)，對(duì)吸附效果影響最大，其基本不吸附甲基紅染料。由此可知，當(dāng)溶液中含有Cl?、NO3?、SO42?時(shí)，其對(duì)吸附的影響較??；而當(dāng)溶液中含有CO32?和HPO42?時(shí)，對(duì)吸附的影響較大。同樣，YOKOI等[26]在考察Fe/NH3+-MCM-41對(duì)KH2AsO4、K2CrO4、K2SeO4和K2MoO4的吸附效果時(shí)也出現(xiàn)過(guò)這種現(xiàn)象，即PO43?離子對(duì)會(huì)使吸附活性減小很多，而NO3?和Cl?離子則影響較小，作者將其解釋為Fe3+和含氧陰離子之間的特異性相互作用。而在本研究體系中不存在Fe3+，所以這些陰離子對(duì)吸附效果的影響可以看作是由于NH3+-MCM-41表面的H+與陰離子絡(luò)合生成相對(duì)應(yīng)的酸，而造成NH3+-MCM-41表面的H+數(shù)量減少，從而造成表面正電荷數(shù)量減少，從而影響吸附效果。而這種影響的程度當(dāng)然與形成酸的電離常數(shù)有關(guān)，電離常數(shù)越大，影響越小。Cl?、NO3?和SO42?均是強(qiáng)酸根離子，所以影響較小，而CO32?和HPO42?是弱酸根離子，所以其與NH3+-MCM-41表面的H+易于絡(luò)合生成弱酸，從而使吸附效果變差。

圖8　不同雜質(zhì)離子對(duì)甲基紅吸附量的影響

3　結(jié)　論

研究表明改性介孔分子篩NH3+-MCM-41對(duì)甲基紅等陰離子偶氮染料具有良好的吸附效果。通過(guò)表面電荷調(diào)控，使甲基紅的吸附率提高了1.1倍。溶液的pH值和溶液中含有的雜質(zhì)離子均會(huì)對(duì)吸附產(chǎn)生影響。當(dāng)溶液偏堿性時(shí)，吸附劑的吸附能力極弱，基本上不吸附；而在pH=4～9時(shí)，吸附效果較好。當(dāng)溶液中含有Cl?、NO3?時(shí)，對(duì)吸附效果影響不大；而當(dāng)溶液中含有CO32?和HPO42?等高價(jià)弱酸根時(shí)，吸附效果明顯降低，甚至基本不吸附染料。另外通過(guò)對(duì)其吸附動(dòng)力學(xué)的研究結(jié)果表明，其吸附過(guò)程不符合準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)，而較好符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)，說(shuō)明在該過(guò)程中存在化學(xué)吸附，這種化學(xué)吸附涉及吸附劑與吸附質(zhì)之間的電子共用或電子轉(zhuǎn)移。

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研究開發(fā)

Adsorption performance of anionic azo dye by the modified MCM-41 mesoporous molecular sieve

QUAN Shanshan1，ZHU Yuchan1，REN Zhanhai2，XI Teng1，LU Mingzhu1，REN Zhandong1
（1School of Chemical and Environmental Engineering，Wuhan Polytechnic University，Wuhan 430023，Hubei，China;2PetroChina Jilin Petrochemical Company，Jilin 132021，Jilin，China）

Abstract：The adsorption efficiency of the anionic azo dye (methyl red) on amino-modified ordered mesoporous silica (NH3+-MCM-41) have been investigated. The research results indicate that the surface charge of MCM-41 are redistributed after the amino modification. By means of the electrostatic effect，the adsorption efficiency of methyl red on NH3+-MCM-41 was 90.4% which was 1.1 times more than that on the unmodified MCM-41. The pH value of the solution determines the surface charge of NH3+-MCM-41 and then affects the adsorption efficiency，and the optimal pH value is 4. The impurity ions in the methyl red solution also influence the adsorption efficiency through competitive adsorption. When the solution contains only Cl?and NO3?，there is little effect on the adsorption efficiency. But when the solution contains the weak acid anion with high valence，such as CO32?and HPO42?，the adsorption efficiency is greatly reduced and there is no methyl red adsorbed. Through the adsorption kinetics study，the adsorption rate is quasi second order rather than quasi first order，indicating the presence of chemical adsorption，which involves electron sharing or electron transfer between the agent and the adsorbate.

Key words：adsorption; methyl red; moleclar sieves; surface charge

基金項(xiàng)目：湖北省自然科學(xué)基金（2012FFB04803）、武漢輕工大學(xué)科研項(xiàng)目（2012Y05）及國(guó)家自然基金青年（31101370）項(xiàng)目。

收稿日期：2015-05-04；修改稿日期：2015-06-15。

DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.01.044

中圖分類號(hào)：X 52

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000–6613（2016）01–0320–07