研究目的
采用低温燃烧法合成十二烷基硫酸钠(SDS)修饰的尖晶石型ZnFe₂O₄,并研究其对废水中结晶紫染料的吸附行为。
研究成果
SDS修饰的锌铁氧体(ZFN-SDS)对结晶紫染料表现出优异的吸附性能,在298K、303K和308K下的最大吸附容量分别为135.5、170.6和188.3 mg/g。吸附过程符合准二级动力学和Langmuir等温线,表明其表面均匀且以化学吸附为主。热力学参数证实该过程具有自发性(负∆G°)、吸热性(正∆H°)及分子自由度增加(正∆S°)。ZFN-SDS是一种高效的磁性吸附剂,可有效去除废水中的染料,且易于分离回收。
研究不足
研究在合成的ZFN及改性的ZFN-SDS中检测到杂质(Fe2O3),这些杂质可能影响吸附性能。吸附过程不受颗粒内扩散控制,限制了对作用机理的深入理解。可能需要优化合成与改性参数以提高吸附容量并减少杂质。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用低温燃烧法合成纳米锌铁氧体(ZFN),并使用十二烷基硫酸钠(SDS)进行表面改性。通过批次吸附实验研究结晶紫染料在SDS改性锌铁氧体(ZFN-SDS)上的吸附行为,运用多种吸附等温线模型(Langmuir、Freundlich、Temkin、D-R)和动力学模型(准一级、准二级、颗粒内扩散)分析实验数据,采用范特霍夫方程计算热力学参数。
2:样品与数据来源:
纳米锌铁氧体由分析纯试剂(硝酸锌、氯化铁、水合肼、草酸二乙酯、十二烷基硫酸钠,购自Loba Chemie试剂公司)和Quallkems公司的结晶紫合成。吸附实验使用已知浓度的结晶紫染料水溶液。
3:实验仪器与材料清单:
FT-IR光谱仪(岛津-8400)、X射线衍射仪(XRD,飞利浦)、扫描电子显微镜(SEM-JEOL 6100)、紫外分光光度计(岛津UV 1800)、马弗炉、恒温振荡器、离心机、锥形瓶、烧杯、坩埚。
4:0)、X射线衍射仪(XRD,飞利浦)、扫描电子显微镜(SEM-JEOL 6100)、紫外分光光度计(岛津UV 1800)、马弗炉、恒温振荡器、离心机、锥形瓶、烧杯、坩埚。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:ZFN合成是将硝酸锌与硝酸铁以草酰二肼为燃料混合,在水浴中浓缩后于600°C马弗炉中燃烧6小时。SDS表面改性是将0.07 M SDS加入12% ZFN溶液,以200 rpm转速搅拌3小时后过滤,40°C干燥。表征手段包括FTIR(4000-400 cm⁻¹)、XRD和SEM。吸附实验通过批次处理调控参数(pH值、接触时间、吸附剂投加量、浓度、温度),以125 rpm振荡、2000 rpm离心,591 nm波长测定吸光度。
5:07 M SDS加入12% ZFN溶液,以200 rpm转速搅拌3小时后过滤,40°C干燥。表征手段包括FTIR(4000-400 cm⁻¹)、XRD和SEM。吸附实验通过批次处理调控参数(pH值、接触时间、吸附剂投加量、浓度、温度),以125 rpm振荡、2000 rpm离心,591 nm波长测定吸光度。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:通过公式计算吸附容量与去除率,动力学数据拟合准一级、准二级及颗粒内扩散模型,等温线数据拟合Langmuir、Freundlich、Temkin和D-R模型,热力学参数(∆G°、∆H°、∆S°)由范特霍夫曲线计算,统计分析包含相关系数(R²)与标准偏差。
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X-ray Diffractometer
Philips
Examination of crystallization and morphological structure of nano materials to confirm formation of spinel zinc ferrite.
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FT-IR Spectrophotometer
8400
Shimadzu
Surface characterization of uncoated ZFN and modified ZFN-SDS by detecting functional groups in the range 4000-400 cm⁻¹.
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Scanning Electron Microscope
6100
JEOL
Visualization of surface morphology of nano ferrite before and after coating with SDS.
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UV-Spectrophotometer
UV 1800
Shimadzu
Measurement of absorbance to determine reduced concentration of crystal violet dye at 591 nm.
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Muffle Furnace
Combustion of gel solution at 600°C for 6 hours to synthesize nano zinc ferrite.
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Thermostatic Shaker
Shaking of adsorption mixtures at 125 rpm for 3 hours at fixed temperatures to study adsorption behaviour.
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Centrifuge
Separation of samples by centrifugation at 2000 rpm after adsorption studies.
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