Гидротермальный синтез гибридных наночастиц Fe3O4 @ C и эффективность магнитной адсорбции для удаления ионов тяжелых металлов в водном растворе

Аннотация

Усовершенствованный материал с оболочкой из сердечника с высокой удельной площадью считается эффективным материалом для удаления тяжелых металлов из водных растворов. Fe ₃ с сердечником О ₄ Агрегаты гибридных наночастиц @C с экологически чистым каналом в исследовании. Более того, более высокая степень воздействия на адсорбционные центры может быть достигнута для специальной конфигурации, при которой более высокая площадь поверхности Брунауэра-Эммета-Теллера (БЭТ) достигает 238,18 м ² г ⁻¹ . Таким образом, достигается более эффективное удаление ионов тяжелых металлов, Pb (II), Cd (II), Cu (II) и Cr (VI) до 100, 99,2, 96,6 и 94,8% соответственно. Кроме того, продукты легко отделяются от водных растворов после адсорбции благодаря относительно большому субмикрометровому размеру и усиленным внешним магнитным полям, создаваемым сердечниками на основе железа. Мы предлагаем идеальный способ удаления ионов тяжелых металлов с использованием Fe ₃ с оболочкой из ядра. О ₄ @C в условиях водоподготовки. Поясняется новый подход, согласно которому нано / микрофункциональные материалы ядро-оболочка могут быть хорошо синтезированы в больших масштабах, которые используются во многих областях, таких как восстановление окружающей среды, катализаторы и энергия.

Фон

Поскольку голос защиты окружающей среды является постоянным и нарастающим, растет внимание к его токсическому эффекту, который относится к здоровью человека и загрязнению окружающей среды загрязнением тяжелыми металлами [1,2,3]. Удаление элементов тяжелых металлов из промышленных сточных вод до их сброса становится критически важным [4]. На сегодняшний день ионный обмен, коагуляционное осаждение и ряд традиционных технологий применялись для удаления тяжелых металлов из сточных вод в течение последних десятилетий [5, 6]. Осознание того, что традиционные методы приносят значительную пользу человеку, а также выявило недостатки, характеризующиеся как с управленческой, так и с технической стороны, такие как дорогие эксплуатационные расходы, дополнительное образование токсичного осадка и неполное удаление металла [7,8,9]. С другой стороны, контроль размера частиц и морфологии адсорбирующих материалов оказался одним из эффективных и новаторских решений для решения подобных проблем. Полые сферы, нанопроволоки и нанотрубки обладают лучшими адсорбционными характеристиками, что способствует удалению тяжелых металлов, как указано в источниках [10,11,12,13]. Кроме того, исследования сосредоточены на новом материале, который сохраняет структуру ядро-оболочка с функцией ядро-пустота-оболочка. Было доказано, что его преимущества по сравнению с твердыми аналогами того же размера, такие как достоверность изменения площадей поверхности, показателя преломления, более низкой плотности и объема аккомодации, приводят к большому вкладу как с точки зрения аспектов свойства и функции [14, 15]. Таким образом, эта уникальная структура с настраиваемой формой, композицией и внутренней архитектурой является захватывающим направлением для восстановления окружающей среды.

О материалах структуры "ядро-оболочка" посвящено много литературы. Гуо [16] сделал клетку-колокол Ag @ TiO ₂ материалы, и исследование выразило лучшие фотокаталитические и электрохимические свойства. Лю [17] приготовил ядро-оболочку Fe ₃. О ₄ наночастицы полидофамина, которые продемонстрировали хороший потенциал в области поддержки лекарств, носителя катализатора и углеродного адсорбента. Насколько нам известно, помощь съемных или жертвенных шаблонов (например, полимерного диоксида кремния [18], сфер [19], углерода [20] и ионных жидкостей [21]) желаемых оболочек важна в общем синтезе ядер. Оболочечные гибридные структуры наночастиц. Однако наиболее доступные материалы структуры ядро-оболочка синтезируются с помощью процессов с несколькими шаблонами, которые в основном сосредоточены на относительно простых конфигурациях, таких как одна композиция в частицах с одной оболочкой. Более того, до сих пор отсутствует метод удаления ионов тяжелых металлов с общим подходом, сопровождающимся дальнейшим усилением возможности получения современных материалов со структурами ядро-оболочка, включая время и стоимость в процессе создания сложных наноструктур, которые были ограничены шаблонами для синтеза. и маршруты с несколькими шаблонами, которые стали желанием как с технической, так и с экологической точки зрения.

Синтез магнитного функционального нанокомпозита является эффективным и удобным способом решения проблемы разделения адсорбента и раствора для расширения магнитной сепарации [22]. В этом процессе на поверхность магнитных наночастиц помещаются все более ковалентно иммобилизованный полимер, новая молекула и неорганический материал; они также являются полезными технологическими путями для очистки сточных вод от токсичных ионов тяжелых металлов [23]. Например, синтезированы новые магнитные нанокомпозиты, модифицированные хитозаном [24] и монодисперсный Fe ₃ О ₄ Сообщается о композитных микросферах ядро-оболочка со структурой @silica ядро-оболочка [25]. Несмотря на то, что эти магнитные нанокомпозиты легко отделить от раствора посредством процесса адсорбции на основе внешнего магнитного поля, все же необходимо дополнительно учитывать особые условия, такие как применимость сильнокислых сточных вод.

В последнее время появилось множество исследований наноструктурированных материалов на основе углерода. Wildgoose [26] представил, что эти виды материалов обладают очевидными преимуществами с точки зрения стоимости, стойкости к щелочной коррозии, удельной поверхности и адсорбционной способности. Учида [27] указал, что карбоксильные функциональные группы могут легко образовываться на поверхности углерода, а затем дополнительно увеличивать адсорбционную способность ионов тяжелых металлов. Однако фатальный недостаток, связанный с трудностью удаления их из раствора, вызванный малым размером частиц углерода, ограничивал его применение при очистке сточных вод, содержащих тяжелые металлы. Учитывая, что магнитные наночастицы с углеродным покрытием подходят для очистки сточных вод, они продемонстрировали значительное влияние на адсорбционную способность и свойства разделения во внешнем магнитном поле. Гораздо больше внимания увеличилось [28,29,30,31,32,33,34,35]. Чжан [36] подготовил магнитные полые углеродные наносферы для удаления ионов хрома. Чтобы удалить тяжелые металлы, группы Ванга [37] сообщили о тематическом исследовании материалов с наночастицами Fe. Эти предыдущие исследования показали, что соответствующая будущая работа должна относиться к высокоэффективным адсорбентам ионов тяжелых металлов с легким разделением и большой адсорбционной способностью. Между тем, следует отметить, что есть редкие исследования Fe ₃ с сердечниковой оболочкой. О ₄ Гибридные наночастицы @C собираются до сих пор.

В данном исследовании мы приготовили углеродные микросферы с магнитопроводом. Также была предложена краткая стратегия синтеза Fe ₃ с оболочкой из ядра. О ₄ Агрегаты гибридных наночастиц @C, которые представляют собой усовершенствованный материал для удаления ионов тяжелых металлов с прочностью, чистотой поверхности и адсорбционной способностью. По сравнению с традиционной технологией производства Fe ₃ О ₄ материалы, преимущества очевидны. Он не только выражал большую площадь поверхности и устойчивую конфигурацию, но и шаблон для удаления, на который не влияла морфология продукта. Наши исследования показывают более высокую степень активных центров [38, 39]. Адсорбент может быть легко отделен при введении внешних магнитных полей, создаваемых наночастицами на основе железа [40, 41]. Таким образом, полученный Fe ₃ с сердцевинной оболочкой О ₄ Агрегаты гибридных наночастиц @C демонстрируют превосходную адсорбционную способность по отношению к ионам тяжелых металлов, обеспечивая экологичность, массовое производство и экономическую выгоду.

Экспериментальный

Материалы и синтез

Синтез Fe с оболочкой из керна ₃ О ₄ Гибридные агрегаты наночастиц

На типичных стадиях синтеза 0,72 г Fe (NO ₃ ) ₃ · 9H ₂ O, 0,0086 г NH ₄ H ₂ ЗП ₄ , 0,008 г Na ₂ SO ₄ · 10H ₂ О и 3 г глюкозы растворяли в дистиллированной воде, соответственно, смешивали все вместе в объеме 90 мл, добавляли к смеси дистиллированную воду и непрерывно перемешивали в течение 10 мин с помощью основной магнитной мешалки. Затем смесь перемещали в 100 мл автоклава из нержавеющей стали с тефлоновым покрытием на 180 ° C, 48 часов. После завершения реакции и естественного охлаждения до комнатной температуры черную стопу собирали и несколько раз промывали деионизированной водой и абсолютным этанолом, затем сушили черную стопу при 65 ° C всю ночь в условиях вакуума и, наконец, получали прекурсоры прокаливанием при 450 ° C со скоростью 3 ° C мин ^-1 затем продолжали нагревание с последовательным потоком газообразного монооксида углерода / аргона (4 ч) и охлаждали до температуры окружающей среды. Fe ₃ О ₄ Был получен образец @C. Как описано на схеме 1, гидролиз Fe ³⁺ приводит к слою оксида Fe с нанометровой точностью. Между тем сахароза карбонизируется. После этого микросферы из композиционного материала Fe-C-O будут образовываться in situ во время реакции нагрева ванны через секции обжига, а затем получать Fe ₃ с оболочкой из ядра. О ₄ Гибридная наночастица @C

Маршрут синтеза Fe ₃ с оболочкой из ядра О ₄ Гибридная наночастица @C

Характеристика

Фазовый состав приготовленного материала анализировали методом дифракции рентгеновских лучей (XRD) при 2 θ =20 ° –90 ° на дифрактометре Rigaku D / max-A с излучением Co Kα. FTIR (инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье, Thermo Nicolet AVATARFTIR 360) была проведена для записи характеристик FTIR образцов в диапазоне 400–4000 см ^-1 также. AMRAY 1000B SEM (растровый электронный микроскоп), HR-TEM (просвечивающий электронный микроскоп высокого разрешения, JEOL JEM-2100) (200 кВ) и электронная дифракция на выбранной площади (SAED) были реализованы для описания морфологии образца, особенности микроструктуры, и решетчатая структура. Кроме того, для измерения процессов адсорбции и десорбции азота использовали прибор Micromeritics Tristar при температуре 350,15 ° C; Брунауэр-Эммет-Теллер (БЭТ) использовался для обсуждения удельных площадей поверхности; Количественный анализ методом атомно-абсорбционной спектроскопии (ААС) будет осуществлять спектрофотометр Hitachi Z2000, оснащенный лампами с полым катодом и ацетилен-воздушным пламенем. Магнитные характеристики подготовленного материала были измерены с помощью магнитометра с вибрирующим образцом (VSM).

Эксперименты по удалению ионов тяжелых металлов

При комнатной температуре рассматривалось проведение серии экспериментов по удалению ионов тяжелых металлов. Прежде всего, в четыре закрытых контейнера добавляют Pb (II), Cd (II), Cu (II) и Cr (VI); после этого 0,1 М HCl и 0,1 М NH ₃ • H ₂ O используются для доведения pH до 3, а затем адсорбционные растворы с конечным объемом 50 мл и концентрацией 10 мг / л ^-1 были получены. Затем при непрерывном перемешивании 20 мг Fe ₃ в исходном состоянии. О ₄ Пример @C был добавлен к вышеуказанным решениям. Во время процесса реакции адсорбции почти 1,0 мл каждого вышеупомянутого раствора выщелачивалось за различные периоды (0, 0,5, 1, 1,5, 2, 4, 6, 10 и 24 часа соответственно) с использованием игольчатой трубки, которая оснащен мембранным фильтром, который, наконец, может быть использован для измерения ААС.

Результат и обсуждение

Физико-химические характеристики Fe с оболочкой из керна ₃ О ₄ @C Наносфера

Рентгенограммы синтезированного Fe ₃ с оболочкой из ядра О ₄ Агрегаты гибридных наночастиц @C и его предшественник показаны на рис. 1, который очевидно демонстрирует, что процесс производства имеет более высокую степень кристалличности, чем предшественник, путем прокаливания при 450 ° C. В подготовленных образцах отображены композиционные материалы, соответствующие гранецентрированному кубическому (f c c) Fe ₃ О ₄ (JCPDS (Объединенный комитет по стандартам порошковой дифракции), карточка № 75-0033). Пик дифракции при 21,5 °, как показано на рисунках, должен быть отнесен к плоскости (002) графитового углерода, что также может быть непосредственно обнаружено с помощью SEM и TEM.

Рентгенограммы Fe ₃ с оболочкой из ядра О ₄ Агрегаты гибридных наночастиц @C и их предшественник (a — Fe ₃ О ₄ Агрегаты гибридных наночастиц @C; б - предшественник)

СЭМ-изображения прекурсора и Fe ₃ с оболочкой из ядра. О ₄ Синтез гибридных наночастиц @C, полученных прокаливанием при 450 ° C при разном увеличении, показан на рис. 2a – c. Очевидно, не считая небольшого размера, синтезированный Fe ₃ О ₄ @C сохранил морфологию полученного прекурсора, представляющего собой микросферы ок. размером 700 нм равномерно. На рис. 2b, c четко описана гибридная структура Fe ₃ с оболочкой из ядра. О ₄ @C; Об этом могут свидетельствовать мезосферы. На рис. 2с также показано, что синтезированный порошок состоит из наноразмерных частиц, исходя из результатов, полученных при частичном разрушении оболочки. Вышеупомянутые микросферы с расщелиной, вероятно, происходят из-за быстрого прохождения массопереноса через оболочки. На рис. 2г, д также описана структура Fe ₃. О ₄ @C. На рис. 2d видна внутренняя структура ядро-оболочка, из которой видно, что Fe ₃ О ₄ Очевидно, что наночастицы распределены в аморфном углероде. Это согласуется с результатом SEM. С другой стороны, ПЭМВР (рис. 2e) и XRD также хорошо согласуются, что показывает, что шаг решетки (0,297 нм) согласуется с расстоянием между плоскостями (220) гранецентрированного кубического Fe ₃ О ₄ . Его результаты SAED показали, что Fe ₃ О ₄ наночастицы представляют собой высококристаллические монокристаллы. Таким образом, уникальный гибридный образец ядро-оболочка может обладать более высокой эффективностью реакции сайта адсорбции на целевые адсорбаты, что может быть использовано в области защиты окружающей среды.

СЭМ-изображение подготовленного прекурсора ( a ). Изображения SEM ( b , c ), Изображение ТЕМ ( d ), Микрофотография HRTEM ( e ) и дифракции электронов в выбранной области ( f ) очищенного от ядра Fe ₃ в исходном состоянии О ₄ Агрегаты гибридных наночастиц @C, полученные прокаливанием при 450 ° C

Магнитные свойства исходного материала были оценены с использованием VSM, и результаты показаны на рис. 3. Значение магнитного насыщения достигнуто 53 emu / g по сравнению с чистым Fe ₃ О ₄ микросферы (67,55 emu / г). Отчетливо видно высокое значение намагниченности приготовленного материала. На вставке к рис. 3 показано, что при приложении внешнего магнитного поля частицы притягиваются магнитом, в результате чего водный раствор остается прозрачным и прозрачным.

Измерения петли намагничивания

На рисунке 4а показаны изотермы адсорбции и десорбции образцов, а на рисунке 4b показано распределение пор по размеру полученных образцов, оба образца получены до и после прокаливания, соответственно. Изотерма представляет собой типичную изотерму мезопористого материала, основанную на классическом типе IV. Распределение пор по размерам при прокаливании ясно показывает средний диаметр пор от 7,5 до 9,1 нм, что меньше, чем у предшественника. Между тем, площадь поверхности по БЭТ образца значительно увеличилась с 9,74 до 238,18 после прокаливания, что выше, чем в большинстве отчетов [36, 37]. Вышесказанное также указывает на то, что воздержавшийся Fe ₃ О ₄ Образцы @C представляли собой материал с рыхлой мезопористой структурой, что способствует улучшенным характеристикам адсорбции.

Изотерма адсорбции-десорбции азота и график распределения пор по размерам Барретта-Джойнера-Халенды (BJH) (вставка) подготовленного образца до ( a ) и после ( b ) кальцинации

Поглощение ионов тяжелых металлов Fe ₃ О ₄ @C

Pb (II), Cd (II), Cu (II) и Cr (VI) были выбраны в качестве адсорбатов для изучения абсорбционной способности полученного Fe ₃ О ₄ @C, и они были помещены в pH =3 при комнатной температуре для проведения кинетических экспериментов. Как показано на рис.5, все адсорбционные ионы успешно адсорбируются приготовленным образцом, эффективность достигла 100% для Pb (II), 99,2% для Cd (II), 96,6% для Cu (II) и 94,8% для Cr (VI) соответственно. Он имеет более широкое применение и более высокую эффективность удаления, чем предыдущее исследование [42]. Такая высокая эффективность поглощения может быть объяснена внутренними преимуществами гибридных структур ядро-оболочка с высокой удельной площадью поверхности, которые обеспечивают Fe ₃ О ₄ Пример @C с более активными сайтами для процесса удаления. Кроме того, его можно легко восстановить после адсорбции благодаря относительно крупным субмикронным структурам частиц. Также легко понять, что Pb (II) показал наивысшую скорость, которая является разумной из-за адсорбции, обычно за счет ионного обмена, и существует электростатическое взаимодействие между свободными ионами металла и поверхностью адсорбента. Итак, Cd, Cu и Cr легко десорбируются после ионного обмена, Pb (II) наоборот [43,44,45,46,47,48,49].

Связь между эффективностью удаления и временем адсорбции Pb (II), Cd (II), Cu (II) и Cr (VI) на Fe ₃ О ₄ @C (400 мг л ^-1 ) образец при начальных концентрациях ионов тяжелых металлов как 10 мг / л ^-1 соответственно

FTIR-спектры Fe ₃, загруженного тяжелыми металлами О ₄ @C

На рисунке 6 показан образец с самым высоким Pb ²⁺ . поглощение в начале и в конце адсорбции, которое использовалось в исследовании для выяснения взаимодействия между Fe ₃ О ₄ @C и ионы тяжелых металлов. Кроме того, прямая и обратная вибрация группы -ОН из H ₃ О ⁺ посредством ионного обмена или физадсорбции молекул воды, что привело к широкой колебательной полосе при 3475,26 см ⁻¹ . Пик при 2304,20 см ⁻¹ приписывается колебаниям CO ₂ , а пик на отметке ок. 1625 см ⁻¹ обычно было вызвано кривой O-H. Пик при 1605,45 см ⁻¹ был из карбоксильных групп (-C =O-). Основной вклад остальных пиков в диапазоне 400–1000 см ^{- 1} обычно связывали с металлическими связями O. Разница в положении пика и интенсивности пика металла O как в начале, так и в конце адсорбции Pb ²⁺ подразумевает, что Pb ²⁺ загружается на Fe ₃ О ₄ @C образец сильно.

ИК-Фурье спектры приготовленного Fe ₃ О ₄ Пример @C до ( a ) и после ( b ) адсорбция Pb (II)

Кинетика адсорбции

Были составлены различные тексты для обсуждения адсорбционной способности и кинетики Fe ₃ О ₄ Агрегаты гибридных наночастиц @C в этом разделе. Pb ²⁺ был подготовлен для эксперимента по удалению из водных растворов при pH =3. После этого приготовили объем 50 мл 10, 30 и 50 мг л ^-1 исходные растворы, 20 мг адсорбентов, которые добавлены к Pb ²⁺ растворов в конических колбах объемом 100 мл при адсорбции 30 ° C соответственно. С разными периодами (0, 7, 14, 21, 28, 35, 60, 180, 480 и 1440 минут) из каждого раствора было извлечено примерно 1 мл, они будут использоваться для анализа AAS. Уравнение (1) показывает модель кинетической скорости псевдо-второго порядка [50]:

$$ \ frac {t} {q_t} =\ frac {1} {k_2 {q} _e ^ 2} + \ frac {1} {q_e} t $$ (1)

где q _e это Pb ²⁺ адсорбируется на единицу массы, когда адсорбент находится в равновесии, q _т (мг г ^-1 ) означает Pb ²⁺ адсорбируется на единицу массы за время t (мин); к ₂ (г мг ^-1 мин ⁻¹ ) - константа скорости кинетической модели, которая является псевдо вторым порядком. На рис. 7а показано время реакции Fe ₃. О ₄ Пример @C в Pb ²⁺ удаление при различных начальных концентрациях (10, 30 и 50 мг л ^-1 ), то разницу в КПД легко найти. Результат показал Fe ₃ О ₄ Образцы @C показали более высокую адсорбционную способность, а также легко отделялись. На рисунке 7b показана скорость адсорбции при различных концентрациях Pb ²⁺ . (10, 30 и 50 мг л ^-1 ). Скорость адсорбции отрицательно зависела от начальной концентрации. Эту тенденцию можно выявить следующим образом:при адсорбции используется только часть поверхностно-активного центра. А именно с концентрацией Pb ²⁺ увеличиваясь, адсорбция начинается сначала с высокоэнергетических центров, затем происходит насыщение низкоэнергетических центров, что в конечном итоге вызывает снижение скорости адсорбции [51]. В таблице 1 показан коэффициент корреляции ( R ² ) достигла 0,999 в этом исследовании; это ясно указывает на то, что процесс адсорбции хорошо соответствует модели псевдо-второго порядка.

а Связь между эффективностью удаления и временем адсорбции Pb (II) Fe ₃ О ₄ @C (20 мг) при исходных концентрациях Pb2 + 10, 30 и 50 мг л ^-1 , соответственно. б Кинетика псевдо-второго порядка адсорбции Pb2 + на Fe ₃ О ₄ Пример @C ( T =30 ° С; абсорбирующая доза =400 мг л ^-1 ; Концентрации Pb2 +: a =10 мг л ^-1 , b =30 мг л ^-1 , c =50 мг л ^-1 )

Изотерма адсорбции

В этой части 20 мг адсорбента добавляли в конические колбы объемом 100 мл и Pb ²⁺ также были приготовлены образцы раствора (10–60 мг / л ^-1 , 50 мл, pH =3). При 30 ° C указанные выше образцы конических колб хранили в герметичном состоянии и помещали в термостатический шейкер (24 ч, 150 об / мин), а затем через центрифугирование для получения раствора надосадочной жидкости, измеренного с помощью AAS. На рис. 8а показан приготовленный Fe ₃ О ₄ Адсорбционная способность @C для Pb ²⁺ . Изотермы Ленгмюра и Фрейндлиха были применены для объяснения процесса адсорбции в исследовании. Процесс происходил в локализованном монослое, без взаимодействия между молекулами адсорбата [52]. Кроме того, сайт для молекулы адсорбата обслуживается в первую очередь, без дальнейшей адсорбции в одном и том же месте. Изотерма Ленгмюра описывается следующим образом:

а Изотерма адсорбции Pb2 + на Fe ₃ О ₄ Пример @C ( T =30 ° С; доза адсорбента =400 мг л ⁻¹ ; Концентрация Pb2 + =10–60 мг л ⁻¹ ). б Линейные графики Фрейндлиха для изотермы адсорбции Fe ₃ О ₄ @Csample по удалению Pb2 + при 30 ° C

$$ \ frac {C_e} {q_e} =\ frac {C_e} {q _ {\ mathrm {max}}} + \ frac {1} {k_L {q} _ {\ mathrm {max}}} $$ (2 )

где теоретическая максимальная сорбционная способность монослоя представлена как q _макс (мг г ^-1 ), взяв k _L для выражения константы Ленгмюра (L mg ⁻¹ ) и C _e - исходная концентрация Pb (II). Принимая во внимание, что изотермы Ленгмюра не достигают идеальных результатов для нашего исследования, а это означает, что они не подходят. В соответствии с линейной формой как уравнение. (3) - это еще одна распространенная эмпирическая модель, такая как изотерма Фрейндлиха, которая имеет гипотезу о том, что вместе с увеличением степени занятости сайта более прочные сайты связывания связываются заранее, и их намерение соответственно уменьшается [52].

$$ \ lg {q} _e =\ lg {k} _F + \ frac {1} {n} \ lg {C} _e $$ (3)

Здесь k _F означает постоянную Фрейндлиха (мг г ⁻¹ ) (Л мг ⁻¹ ) ^{1 / n} , и 1 / n выражает фактор неоднородности. Конкретное содержание k _F и 1 / n , идентифицированный с графиком lg q _e по сравнению с lg C _e , показан на рис. 8б. В таблице 2 показаны благоприятные условия адсорбции [52, 53]. Это указывало на причину, по которой показатель Фрейндлиха n больше 1. Можно сделать вывод, что адсорбционный эффект Pb ²⁺ зависел от гибридных структур ядро-оболочка или неоднородности поверхностей Fe ₃ О ₄ @C образец. А пока R ² коэффициент корреляции образца достигает 0,9712, что означает, что модель изотермы Фрейндлиха хорошо подходит для экспериментального анализа равновесия.

Термодинамический анализ

Рассматривая изолированную систему как соответствующее допущение, уравнение Аррениуса (уравнение (4)) было взято для проведения термодинамического анализа. Обычно при некоторых особых условиях термостатического шейкера исходная концентрация составляла 30 мг л ^-1 . адсорбционный объем составлял 50 мл, затем 20 мг адсорбента помещали в конические колбы вместимостью 100 мл, а также Pb ²⁺ растворов при пяти температурных условиях классификации, включая 30, 40, 50, 60 и 70 ° C. В процессе адсорбции водные пробы отбирались через различные промежутки времени; в течение этого периода постоянные концентрации Pb ²⁺ также должны были быть измерены на основе AAS, который использовался для анализа кинетики его адсорбции в соответствии с вышеупомянутой другой температурной ситуацией. Кроме того, уравнение Аррениуса, приведенное ранее, используется для оценки энергии активации, которая была предпосылкой для исследования адсорбции.

$$ \ ln {k} _2 =1n \ kern0.5em A- \ frac {E_a} {RT} $$ (4)

Здесь E _а - энергия активации Аррениуса (кДж моль ⁻¹ ). А представляет фактор Аррениуса; газовая постоянная (8,314 Дж моль ⁻¹ К ^-1 ) выражается с помощью R , и T относится к абсолютной температуре (K). Соответствующий наклон - Ea / R , на основе графика ln k ₂ против 1 / T (Рис. 9), чтобы получить прямую линию.

Участок lnk2versus 1 / T для адсорбции Pb2 + на Fe ₃ О ₄ Пример @C (оглавление)

Размеры энергии активации были взяты для определения формы адсорбции. Обычно имеет определенный объем (0–40 кДж моль ⁻¹ ) для энергии активации в процессе физической сорбции [54], напротив, в процессе хемосорбции требовался более широкий диапазон. Энергия активации составила 34,92 кДж моль ^-1 . здесь. Это указывает на то, что процесс адсорбции Pb ²⁺ на Fe ₃ О ₄ @C классифицируется как физическая сорбция.

Выводы

Соединение Fe ₃ с оболочкой в сердцевине О ₄ Агрегаты гибридных наночастиц @C достигаются за счет принятия тихих и умеренных стадий, экологически чистых, основанных на методе сольвотермического синтеза и прокаливания, в конечном итоге, при 450 ° C. Посредством гибридных наноструктур ядро-оболочка на основе углерода для адсорбата может быть эффективно реализована более высокая степень эффективности воздействия на адсорбционные центры по сравнению с твердым, что будет лучше обеспечивать адсорбционные свойства для удаления ионов тяжелых металлов. Кроме того, ядра на основе железа позволяют легко отделять адсорбенты от водных растворов. В рамках этого устройства (более дешевое, менее сложное и более производительное) разъясняется новый подход, согласно которому нано / микрофункциональные материалы ядро-оболочка могут быть хорошо синтезированы в больших масштабах, которые используются во многих областях, таких как восстановление окружающей среды, катализатор, и энергия.