随着印染行业的迅速发展，染料废水在城镇污水中所占比例越来越大。由于染料废水很难降解且毒性大，加之其溶于水中的色度较深，给环境带来严重污染[1]。偶氮染料(分子结构含有一个或多个偶氮基团)具有合成容易且着色能力强等显著特点，是印染工艺广泛使用的一类合成染料[2, 3]。其中，甲基橙(MO)是染料废水中普遍存在的一种水溶性阴离子型偶氮染料[4]。处理偶氮染料废水的方法主要有物理法、化学法、生物法等三类方法[5]，其中吸附法因具有设备易得、操作简单、吸附剂种类庞大等特点，是一种常用的物理处理方法[6]。类水滑石化合物(HTlc)是由带正电的氢氧化物层板与层板间阴离子共同有序组装而成的复合物。HTlc具有制备原料丰富、价格低廉、制备方法简单等优点，并且可优先吸附水中亲水性阴离子污染物，因此是一种被广泛使用的污水处理剂，但其对疏水性(染料)污染物吸附性能较差[7]。用阴离子型表面活性剂对HTlc进行插层改性可在其层间形成疏水区域，增强其对(疏水性)染料的吸附效果[7]。
近年来，磁性核-壳材料由于兼具磁性和多样的表面性能，被广泛用于水体净化，例如，Lv等[8]将γ-Fe2O3@Ti-tmSiO2用于吸附水中染料；赖立等[9]制备了Fe3O4@SiO2，将其用于吸附水中磷。此外，许多学者通过改善磁性核-壳型材料的表面功能，以进一步提高其吸附容量和选择性。薛娟琴等[10]通过接枝法在Fe3O4@SiO2@mSiO2表面接枝-NH2，其可高效吸附Cr(Ⅵ)。磁性核-壳型吸附材料结合了核材料和壳材料的双重性质，能够弥补单一吸附材料存在的缺点，提高吸附性能，并实现快速分离，使吸附剂容易回收再利用，达到经济高效利用目的。本文首先制备了具有磁性Fe3O4核与HTlc壳的Fe3O4@HTlc复合物，采用离子交换法制备了十二烷基硫酸钠(SDS)改性的核-壳型磁性复合物Fe3O4@(SDS-HTlc)，并探讨了其对甲基橙的吸附动力学和热力学。
Tecnai G2 F20场发射透射电镜(美国FEI公司)；Rigaku D/MAX γB型粉末X射线衍射仪(日本理学公司，CuKα射线，40kV，100mA，扫描范围2°~70°)；Avatar 380型傅立叶变换红外光谱仪(美国Nicolet公司，测量范围400~4000cm-1，KBr压片)；Agilent 725电感耦合等离子体发射光谱仪(美国Agilent公司)；Vario Ⅲ型元素分析仪(德国Elementar公司)；SL200KB接触角测定仪(美国科诺工业有限公司)；Autosorb-iQ全自动比表面和孔径分布分析仪(美国Quantachrome公司，样品于120℃真空处理5h后，以N2为吸附质，77K测定)；JS94H型微电泳仪(上海中晨数字技术设备有限公司)；Lake Shore VSM 7307振动样品磁强计(美国Lake Shore公司)；U-1900型双光束紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限公司)。
Mg(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O、NH3·H2O、FeCl3·6H2O、NaAc·3H2O、乙二醇、甲基橙、SDS等购于阿拉丁试剂(上海)有限公司，均为分析纯级；实验用水为三次蒸馏水。
采用溶剂热法制备Fe3O4[11]：将9.72g FeCl3·6H2O和25.97g NaAc·3H2O加入240mL乙二醇中，40℃水浴搅拌加热至充分溶解，转移至反应釜，于烘箱中200℃反应8h，自然冷却至室温，蒸馏水和乙醇交替各洗涤3次，烘干，得磁性Fe3O4固体粉末。
采用非稳态共沉淀法合成Fe3O4@HTlc[12]。将96.15g(0.375mol) Mg(NO3)2·6H2O和44.64g(0.125mol) Al(NO3)3·9H2O溶于1000mL新鲜煮沸的蒸馏水，加入2g Fe3O4，超声10min，搅拌下加入适量共沉淀剂氨水溶液(氨水和水体积比1:4)，调节pH至9.5~10.0，通N2搅拌10min，生成沉淀，静置老化1h，抽滤并洗涤至pH 7左右，滤饼密封于广口瓶，80℃恒温胶溶24h，得磁性镁铝类水滑石(记作Fe3O4@HTlc)溶胶(固含量为1.16g/10mL)，100℃烘干，研磨，得Fe3O4@HTlc固体粉末。
采用相同方法，不加Fe3O4时，制备HTlc溶胶，烘干得HTlc粉末。
取20mL Fe3O4@HTlc溶胶加蒸馏水稀释至200mL，与200mL 0.08mol/L SDS溶液混合，60℃水浴恒温振荡器中200r/min振荡72h，12000r/min离心，蒸馏水洗涤5次，80℃烘干，研磨，得磁性SDS改性类水滑石纳米复合物，记作Fe3O4@(SDS-HTlc)。
用HTlc溶胶代替Fe3O4@HTlc溶胶，制备SDS改性类水滑石纳米复合物，记作SDS-HTlc。
在若干支100mL具塞离心管中分别加入35mL甲基橙溶液(0~90 mg/L)，再各加入适量Fe3O4@(SDS-HTlc)样品，摇匀，pH约为8.0。离心管置于水浴恒温振荡器中于298(308或318)K和200r/min振荡一定时间(t)，磁性分离出吸附材料，利用紫外可见分光光度计于464nm波长下测定溶液中剩余甲基橙的质量浓度(ce)，分别根据公式(1)和(2)计算吸附量(qe)和去除率(R%)。
|
${q_{\rm{e}}} = \left( {{c_0} - {c_{\rm{e}}}} \right)V/m $ |
(1) |
|
$R\% = \left( {{c_0} - {c_{\rm{e}}}} \right)/{c_0} \times 100\% $ |
(2) |
式中，c0为甲基橙溶液初始浓度(mg/L)，ce为甲基橙吸附平衡浓度(mg/L)，V为吸附溶液体积(L)，m为吸附剂质量(g)。
甲基橙浓度为40mg/L时，考察(1)Fe3O4@(SDS-HTlc)用量(0.005~0.1g)对甲基橙吸附量和去除率的影响；(2)298K时溶液初始pH(5.5~11)对甲基橙吸附的影响(其余实验均在pH 8进行)；(3)吸附量(qt)随时间(t)的变化，研究吸附动力学，并确定吸附平衡时间。以上实验均平行测定三次。
图 1显示了HTlc、Fe3O4、Fe3O4@HTlc、SDS-HTlc和Fe3O4@(SDS-HTlc)的透射电镜(TEM)照片。由图可知，HTlc为六边形片层结构，平均粒径为50~100 nm；SDS-HTlc颗粒形貌与HTlc基本相似，但粒径增大，且有明显聚集，这可能缘于SDS含有强疏水基团[7]；Fe3O4、Fe3O4@HTlc和Fe3O4@(SDS-HTlc)颗粒外形均呈近球状，平均颗粒为200~300 nm左右；Fe3O4@HTlc和Fe3O4@(SDS-HTlc)可见较明显核-壳结构，即HTlc或SDS-HTlc包裹于Fe3O4颗粒外层。
图 2显示了Fe3O4、HTlc、Fe3O4@HTlc、SDS-HTlc和Fe3O4@(SDS-HTlc)的粉末X射线衍射(PXRD)谱线。由图 2可知，Fe3O4颗粒在29.46°和35.46°有两处明显的特征衍射峰[13]；HTlc在10.3°处有典型的衍射峰，对应于层间距(d003=0.87nm)，这与层间为NO3-的HTlc层间距吻合[14]；Fe3O4@HTlc和Fe3O4@(SDS-HTlc)的PXRD谱线虽然含有Fe3O4的特征峰，但明显减弱，印证了二者的核-壳结构。Fe3O4@HTlc的PXRD谱线d003衍射峰位置与HTlc的相同，说明Fe3O4的加入没有影响HTlc层间距；而SDS-HTlc和Fe3O4@(SDS-HTlc)的PXRD谱线d003衍射峰均向低角度发生了明显偏移，对应层间距增大至约为3.08nm，表明DS-已与HTlc/Fe3O4@HTlc层间的NO3-发生离子交换，成功组装了SDS-HTlc/Fe3O4@(SDS-HTlc)纳米复合物。
图 3为Fe3O4、HTlc、Fe3O4@HTlc、SDS-HTlc和Fe3O4@(SDS-HTlc)的FT-IR谱线。由图 3可知，所有样品谱线均在3400~3500 cm-1出现了一个强而宽的吸收峰，这缘于样品表面羟基的伸缩振动(和HTlc层间水分子伸缩振动)。Fe3O4谱线中1620cm-1处为表面羟基的弯曲振动吸收峰，576cm-1处对应于Fe—O吸收峰[15]。HTlc谱线中1380cm-1处为NO3-特征振动吸收峰[16]，1620cm-1处为水分子的H—O—H弯曲振动吸收峰，400~900cm-1之间为M—O键的吸收峰[17]。Fe3O4@HTlc谱线中包含了Fe3O4和HTlc的特征吸收峰。SDS-HTlc和Fe3O4@(SDS-HTlc)谱线中均新增了:2850~2960 cm-1的C—H伸缩振动吸收峰; 1465cm-1处的—CH2剪式振动吸收峰；1380cm-1处的—CH3对称弯曲振动吸收峰；1205cm-1处的—SO4振动吸收峰; 820~1080cm-1处的烷基振动吸收峰，表明DS-成功负载于HTlc和Fe3O4@HTlc上。
表 1显示了Fe3O4@HTlc、SDS-HTlc和Fe3O4@(SDS-HTlc)的Mg/Al摩尔比、N/C/S元素的质量百分比和接触角。由表 1可知，Mg/Al摩尔比接近理论值，印证了实验合成的HTlc为Mg3Al HTlc。此外，在离子交换过程中，水镁石的层状结构没有被破坏，虽然实验过程中采取使用新鲜煮沸蒸馏水和通氮等手段以减少CO2的干扰，但HTlc中仍含有少量CO32-，这可能是由于CO32-与HTlc之间的高亲和性所致[18]。Fe3O4@(SDS-HTlc)中高含量S元素的存在，表明DS-成功插入HTlc层间。Fe3O4@HTlc的接触角为零，表明其强亲水性，随着DS-的加入，材料接触角增大，疏水性增强，SDS-HTlc中的DS-含量最大，接触角最大，疏水性最强，颗粒也更容易聚集(图 1(d))。
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| Samples | n(Mg):n(Al) | N% | C% | S% | Contact angle |
| Fe3O4@HTlc | 2.7 | 3.61 | 0.060 | 0° | |
| SDS-HTlc | 2.7 | 0.10 | 0.059 | 5.62 | 69.0° |
| Fe3O4@(SDS-HTlc) | 2.7 | 0.09 | 0.055 | 5.20 | 47.5° |
分别测定了Fe3O4、HTlc、Fe3O4@HTlc、SDS-HTlc和Fe3O4@(SDS-HTlc)的比表面积和Zeta电位(pH 8)。结果表明，5种材料的比表面积依次为78.2、57.6、47.9、15.8和28.7 m2/g，说明DS-组装于HTlc或Fe3O4@HTlc层间后，疏水性增强，颗粒易发生聚集(图 1(d))和/或DS-覆盖材料微孔，比表面积降低。Zeta电位依次为-16.8、29.4、22.5、14.7和-30.3 mV，表明带正电的HTlc可覆盖于负电性的Fe3O4核外，并使Fe3O4@HTlc颗粒表面荷正电，由于DS-组装于HTlc层间，使SDS-HTlc表面正电量明显小于HTlc；而Fe3O4@(SDS-HTlc)表面荷负电，这可能缘于DS-在Fe3O4@HTlc层间的插入以及少量DS-在Fe3O4@(SDS-HTlc)表面的吸附。
图 4显示了Fe3O4、Fe3O4@HTlc和Fe3O4@(SDS-HTlc)室温下的磁滞回线。由图可知，三者的比饱和磁化强度分别为86.5、41.1和25.0 emu/g，矫顽力均为0，具有超顺磁性。对于Fe3O4@HTlc，由于核-壳结构的存在，外层HTlc减弱了Fe3O4的磁化强度；而层间DS-的存在，Fe3O4@(SDS-HTlc)磁化强度进一步减小。图 4中内插图表明，在外部磁场作用下，Fe3O4@(SDS-HTlc)可在30s内发生明显沉降。
图 5显示了Fe3O4@(SDS-HTlc)用量对40mg/L甲基橙的吸附量和去除率的影响。由图 5可知，甲基橙去除率随Fe3O4@(SDS-HTlc)质量的增加而增加，当质量达0.07g以后，去除率基本保持不变；随着Fe3O4@(SDS-HTlc)用量增加，单位质量吸附剂的利用率降低，甲基橙吸附量亦逐渐降低。综合二者影响，后续实验吸附剂用量选用0.07g。
Fe3O4@(SDS-HTlc)对甲基橙的吸附量随体系pH的变化曲线如图 6。由图可知，在pH 5.5~10之间，甲基橙的吸附量随pH的增加缓慢降低，当pH>10后，吸附量则显著降低。
图 7显示了不同温度时Fe3O4@(SDS-HTlc)对甲基橙的吸附动力学曲线。由图 7可知，Fe3O4@(SDS-HTlc)对甲基橙的吸附量(qt)随时间的延长而增加，且吸附平衡时间随温度升高而减小。另外，不同温度下，Fe3O4@(SDS-HTlc)对甲基橙的吸附均可在60min内达到平衡，因此，其他吸附实验时间均选取60min。
将图 7数据代入准一级动力学方程(3)和准二级动力学方程(4)进行拟合，得出准一/二级吸附速率常数(k1/k2)、平衡吸附量(qe)和相关系数(R2)，结果见表 2。由R2值可知，不同温度时Fe3O4@(SDS-HTlc)对甲基橙的吸附动力学均更符合准二级动力学方程，且拟合所得平衡吸附量(qe, cal)与实验值(qe, exp)更接近。
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| T/K | qe, exp/(mg/g) | 准一级动力学方程 | 准二级动力学方程 |
| 298 | 18.41 | ln(18.41-qt)=-0.053t+2.57 R2=0.941；qe, cal=13.08mg/g；k1=0.053min-1 |
t/qt=0.053t+0.37 R2=0.997; qe, cal=18.87mg/g；k2=0.007g·mg-1·min-1 |
| 308 | 16.74 | ln(16.74-qt)=-0.079t+2.51 R2=0.949；qe, cal=12.28mg/g；k1=0.079min-1 |
t/qt=0.058t+0.33 R2=0.999; qe, cal=17.24mg/g；k2=0.010g·mg-1·min-1 |
| 318 | 16.19 | ln(16.91-qt)=-0.071t+2.03 R2=0.970；qe, cal=9.07mg/g；k1=0.071min-1 |
t/qt=0.059t+0.20 R2=0.999; qe, cal=16.94mg/g；k2=0.017g·mg-1·min-1 |
|
$\ln \left( {{q_{\rm{e}}} - {q_{\rm{t}}}} \right) = - {k_1}t+ \ln {q_{\rm{e}}} $ |
(3) |
|
$t/{q_t} = t/{q_{\rm{e}}} + 1/\left( {{k_2}{q_{\rm{e}}}^2} \right) $ |
(4) |
以lnk2对1/T作图，线性方程为，lnk2=-4193.82/T+9.08(R2=0.966)，由斜率求出吸附活化能Ea=34.86kJ/mol，小于40kJ/mol，因此吸附以物理吸附为主[19]。
图 8为不同温度时Fe3O4@(SDS-HTlc)对甲基橙的吸附等温线。由图 8可知，相同温度下，平衡吸附量(qe)均随平衡浓度(ce)增大而增大；吸附量随温度升高而降低。
用Langmuir方程(5)、Freundlich方程(6)和线性方程(7)分别对图 8中的各吸附等温线进行拟合，结果见表 3。由表可知，甲基橙在Fe3O4@(SDS-HTlc)上的吸附可用Freundlich和线性方程较好拟合，且更符合线性方程；在实验温度范围内，KF和Kd值均随温度升高而降低，即吸附亲和力随温度升高而减小。
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| T/K | Langmuir eq. | Freundlich eq. | 线性eq. |
| 298 | ce/qe=-0.066ce+2.06 R2=0.686 |
lnqe=1.47lnce-0.77 R2=0.989, KF=0.46L·g-1 |
qe=1.86ce-3.77 R2=0.994, Kd=1.86L·g-1 |
| 308 | ce/qe=-0.055ce+1.62 R2=0.686 |
lnqe=1.44lnce-0.95 R2=0.991, KF=0.39L·g-1 |
qe=1.54ce-3.13 R2=0.996, Kd=1.54L·g-1 |
| 318 | ce/qe=-0.051ce+1.39 R2=0.626 |
lnqe=1.52lnce-1.30 R2=0.919, KF=0.27L·g-1 |
qe=1.42ce-3.52 R2=0.996, Kd=1.42L·g-1 |
|
${c_{\rm{e}}}/{q_{\rm{e}}} = 1/\left( {{K_{\rm{L}}}{q_{\rm{m}}}} \right) + {c_{\rm{e}}}/{q_{\rm{m}}} $ |
(5) |
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$\ln {q_{\rm{e}}} = \ln {K_{\rm{F}}} + \left( {1/n} \right)\ln {c_{\rm{e}}} $ |
(6) |
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${q_{\rm{e}}} = {K_{\rm{d}}}{c_{\rm{e}}} + a $ |
(7) |
式中，KL、KF和Kd分别为相应吸附等温方程的吸附平衡常数，qm为饱和吸附量，n和a均为与吸附有关的常数。
吸附热力学函数的变化量(如ΔG、ΔH和ΔS)可反映温度对吸附过程的影响。ΔG、ΔH和ΔS通过方程(8，9)确定[20]：
|
$\ln {K_{\rm{d}}} = - \frac{{\mathit{\Delta }H}}{{RT}} + \frac{{\mathit{\Delta }S}}{R} $ |
(8) |
|
$\mathit{\Delta }G = - RT\ln {K_{\rm{d}}} = \mathit{\Delta H - T\Delta }S $ |
(9) |
式中，Kd为线性方程吸附平衡常数(分配系数)。以lnKd对1/T作图，由直线斜率和截距分别求出ΔH和ΔS，并利用方程(9)求出不同温度时的ΔG，结果见表 4。
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| T/K | ΔG/(kJ·mol-1) | ΔH/(kJ·mol-1) | ΔS/(J·mol-1·K-1) |
| 298 | -1.54 | -10.68 | -30.76 |
| 308 | -1.11 | ||
| 318 | -0.93 |
ΔH和ΔS均为负值，说明吸附为放热和熵减小(甲基橙由原吸附溶液的三维空间转变为Fe3O4@(SDS-HTlc)的层间或表面，自由度降低)过程。吸附自由能ΔG值介于-20~0kJ·mol-1之间，吸附推动力较小，表明吸附为自发的物理吸附[21]。
pH 8时Fe3O4@(SDS-HTlc)表面荷负电，与甲基橙阴离子发生静电排斥，但甲基橙可在Fe3O4@(SDS-HTlc)上发生显著吸附(图 5~8)，这主要缘于：(1)吸附在Fe3O4@(SDS-HTlc)表面的DS-烷基链可与甲基橙离子的疏水基团发生强的疏水作用；(2)Fe3O4@(SDS-HTlc)层间形成了由DS-组成的疏水区域，根据相似相溶原理，甲基橙更易溶于层间疏水区，发生显著吸附，这与吸附等温线符合线性方程结论一致。图 2显示了吸附甲基橙后Fe3O4@(SDS-HTlc)的PXRD谱线，其d003衍射峰比吸附前向低角度发生了微小偏移，也印证了甲基橙吸附于Fe3O4@(SDS-HTlc)层间，引起了层间距微弱增加。因此，Fe3O4@(SDS-HTlc)对甲基橙的吸附分两步进行，即Fe3O4@(SDS-HTlc)表面吸附和扩散于层间的吸附，这与吸附动力学符合准二级动力学方程结论一致[22]。
随体系pH增加，甲基橙解离度增加，亲水性增强，吸附量减小，当pH大于10时，HTlc层板将有少量溶解，吸附量显著降低。
图 9显示了298K时，0.07g Fe3O4、Fe3O4@HTlc、SDS-HTlc和Fe3O4@(SDS-HTlc)吸附甲基橙的等温线。由图 9可知，相同条件下，不同材料对甲基橙的吸附量由高到低依次为：Fe3O4@(SDS-HTlc)>SDS-HTlc>Fe3O4@HTlc>Fe3O4。实验pH 8条件下，Fe3O4表面荷负电，与甲基橙阴离子产生显著静电排斥作用，故吸附量极低；Fe3O4@HTlc表面荷正电，可通过静电作用吸引溶液中的甲基橙阴离子；SDS-HTlc和Fe3O4@(SDS-HTlc)均可高效吸附甲基橙，主要缘于HTlc层间DS-形成的疏水区域对甲基橙的“有效溶解”；虽然Fe3O4@(SDS-HTlc)表面荷负电，但其比表面积(28.7m2/g)约为SDS-HTlc(15.8 m2/g)的两倍，因此，前者吸附量略高，这也印证了核-壳型Fe3O4@(SDS-HTlc)材料外层SDS-HTlc的层间疏水区域对甲基橙的“溶解”是其产生高效吸附的主要原因。
Fe3O4@(SDS-HTlc)可显著吸附甲基橙，并可进行磁性回收，其吸附动力学符合准二级动力学方程，吸附等温线遵守线性等温方程。在初始pH 5.50~11.00范围内，吸附量随pH的增加而减小；在T=298~318 K内，吸附量随温度升高而降低。Fe3O4@(SDS-HTlc)吸附甲基橙为放热、熵减、自发进行的物理吸附过程，同等条件下，Fe3O4@(SDS-HTlc)对甲基橙的吸附量显著大于Fe3O4和Fe3O4@HTlc，并略大于SDS-HTlc。Fe3O4@(SDS-HTlc)有望成为一种高效、可磁性回收的疏水染料污水处理剂。
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图 1 HTlc (a)、Fe3O4 (b)、Fe3O4@HTlc (c)、SDS-HTlc (d)和Fe3O4@(SDS-HTlc) (e)的TEM照片
Figure 1 TEM photos of HTlc (a), Fe3O4 (b), Fe3O4@HTlc (c), SDS-HTlc (d) and Fe3O4@(SDS-HTlc) (e)
图 2 HTlc、Fe3O4、Fe3O4@HTlc、SDS-HTlc和吸附前后Fe3O4@(SDS-HTlc)的PXRD图谱
Figure 2 PXRD spectra of HTlc, Fe3O4, Fe3O4@HTlc, SDS-HTlc and Fe3O4@(SDS-HTlc) before and after adsorption
图 3 Fe3O4、HTlc、Fe3O4@HTlc、SDS-HTlc和Fe3O4@(SDS-HTlc)的红外图谱
Figure 3 FTIR spectra of Fe3O4, HTlc, Fe3O4@HTlc, SDS-HTlc and Fe3O4@(SDS-HTlc)
图 4 Fe3O4、Fe3O4@HTlc和Fe3O4@(SDS-HTlc)的磁滞回线
Figure 4 Magnetic hysteresis loops of Fe3O4, Fe3O4@HTlc and Fe3O4@(SDS-HTlc)
图 5 Fe3O4@(SDS-HTlc)的量对甲基橙的去除率和吸附量影响曲线
Figure 5 Effect of the amount of Fe3O4@(SDS-HTlc) on the removal rate and adsorption amount for methyl orange
图 6 Fe3O4@(SDS-HTlc)对甲基橙的吸附量随pH的变化曲线
Figure 6 Effect of pH on the adsorption amount of Fe3O4@(SDS-HTlc) for methyl orange
图 7 不同温度时Fe3O4@(SDS-HTlc)对甲基橙的吸附动力学曲线
Figure 7 Adsorption kinetics curves of methyl orange on Fe3O4@(SDS-HTlc) at different temperatures
图 8 不同温度时Fe3O4@(SDS-HTlc)对甲基橙的吸附等温线
Figure 8 Adsorption isotherms of methyl orange on Fe3O4@(SDS-HTlc) at different temperatures
图 9 Fe3O4、Fe3O4@HTlc、SDS-HTlc和Fe3O4@(SDS-HTlc)对甲基橙的吸附等温线
Figure 9 Adsorption isotherms of Fe3O4, Fe3O4@HTlc, SDS-HTlc, and Fe3O4@(SDS-HTlc) for methyl orange
表 1 Fe3O4@HTlc、DS-HTlc和Fe3O4@(SDS-HTlc)的元素分析和接触角
Table 1. Elemental analysis and contact angle of synthesized Fe3O4@HTlc, DS-HTlc, and Fe3O4@(SDS-HTlc)
| Samples | n(Mg):n(Al) | N% | C% | S% | Contact angle |
| Fe3O4@HTlc | 2.7 | 3.61 | 0.060 | 0° | |
| SDS-HTlc | 2.7 | 0.10 | 0.059 | 5.62 | 69.0° |
| Fe3O4@(SDS-HTlc) | 2.7 | 0.09 | 0.055 | 5.20 | 47.5° |
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表 2 Fe3O4@(SDS-HTlc)吸附甲基橙的动力学参数
Table 2. Adsorption kinetics parameters of methyl orange on Fe3O4@(SDS-HTlc)
| T/K | qe, exp/(mg/g) | 准一级动力学方程 | 准二级动力学方程 |
| 298 | 18.41 | ln(18.41-qt)=-0.053t+2.57 R2=0.941；qe, cal=13.08mg/g；k1=0.053min-1 |
t/qt=0.053t+0.37 R2=0.997; qe, cal=18.87mg/g；k2=0.007g·mg-1·min-1 |
| 308 | 16.74 | ln(16.74-qt)=-0.079t+2.51 R2=0.949；qe, cal=12.28mg/g；k1=0.079min-1 |
t/qt=0.058t+0.33 R2=0.999; qe, cal=17.24mg/g；k2=0.010g·mg-1·min-1 |
| 318 | 16.19 | ln(16.91-qt)=-0.071t+2.03 R2=0.970；qe, cal=9.07mg/g；k1=0.071min-1 |
t/qt=0.059t+0.20 R2=0.999; qe, cal=16.94mg/g；k2=0.017g·mg-1·min-1 |
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表 3 不同温度时Fe3O4@(SDS-HTlc)吸附甲基橙的Langmuir、Freundlich和线性吸附等温方程参数
Table 3. Langmuir, Freundlich and Linear isotherm parameters for adsorption of methyl orange on Fe3O4@(SDS-HTlc) at different temperatures
| T/K | Langmuir eq. | Freundlich eq. | 线性eq. |
| 298 | ce/qe=-0.066ce+2.06 R2=0.686 |
lnqe=1.47lnce-0.77 R2=0.989, KF=0.46L·g-1 |
qe=1.86ce-3.77 R2=0.994, Kd=1.86L·g-1 |
| 308 | ce/qe=-0.055ce+1.62 R2=0.686 |
lnqe=1.44lnce-0.95 R2=0.991, KF=0.39L·g-1 |
qe=1.54ce-3.13 R2=0.996, Kd=1.54L·g-1 |
| 318 | ce/qe=-0.051ce+1.39 R2=0.626 |
lnqe=1.52lnce-1.30 R2=0.919, KF=0.27L·g-1 |
qe=1.42ce-3.52 R2=0.996, Kd=1.42L·g-1 |
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表 4 Fe3O4@(SDS-HTlc)吸附甲基橙的热力学数据
Table 4. Thermodynamic data for adsorption of methyl orange on Fe3O4@(SDS-HTlc)
| T/K | ΔG/(kJ·mol-1) | ΔH/(kJ·mol-1) | ΔS/(J·mol-1·K-1) |
| 298 | -1.54 | -10.68 | -30.76 |
| 308 | -1.11 | ||
| 318 | -0.93 |
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