镍(II)在磺酰苯胺改性水合氧化锆表面的吸附-扩散机制研究及其在废水处理中的应用

《ChemistrySelect》：Mechanistic Insights Into Nickel(II) Adsorption–Diffusion on Sulfamoylbenzamide-Modified Hydrous Zirconium Oxide for Wastewater Treatment

镍离子在AESB/HZO上的吸附动力学及机制研究，303-333 K范围内采用多种模型（FPSO、Elovich、Fick's law等）分析吸附-扩散过程，Bi>100表明内扩散主导，吸附能22.3-28.5 kJ/mol为化学吸附，热力学参数显示过程为吸热有序化。

　　

摘要

本研究系统地探讨了在303–333 K温度范围内，Ni(II)离子在N-(((2-((2-氨基乙基)氨基)乙基)氨基)methyl)-4-磺胺酰苯胺改性水合氧化锆(AESB/HZO)表面的吸附和扩散动力学。采用分形类伪二级(FPSO)和分形类伪一级(FPFO)模型来阐明吸附机制，其中FPSO模型的拟合度更高(R² > 0.9995)，证实了化学吸附速率控制过程。Elovich模型(R² > 0.9952)进一步验证了表面异质性对吸附动力学的影响。基于扩散的模型表明，Ni(II)离子最初通过外部质量传递(Mathews-Weber和Furusawa-Smith模型)迁移到表面，随后以颗粒内扩散作为主要限速步骤(Fick定律，R² > 0.9958)。Urano和Tachikawa模型进一步支持了这一结论，而Boyd薄膜扩散模型(R² < 0.8421)显示薄膜扩散的影响有限。Biot数(BN > 100)证实了颗粒内扩散的主导作用，而Bangham孔隙扩散模型表明孔隙扩散也有显著贡献。双指数模型表明外部质量传递和内部孔隙扩散都对整体吸附过程有贡献。统计物理模型提供了更深入的吸附机制理解，其中模型2的拟合度最佳(R² > 0.999，??² < 0.00021)，表明存在多结合点和多分子吸附机制。Ni(II)离子在表面呈现水平和垂直方向排列，其中第一个受体位点起主导作用。总饱和容量(95.792–117.173 mg g^?1)与实验值(96.030–117.825 mg g^?1)非常吻合，验证了模型的准确性。吸附能量分析显示，主要位点的化学吸附作用较强(22.310–28.451 kJ mol^?1)，而次要位点的物理吸附作用较弱(12.623–15.844 kJ mol^?1)。Arrhenius和Eyring分析得出FPSO的活化能为29.292 kJ mol^?1，颗粒内扩散的活化能为35.321 kJ mol^?1，证实了两者之间的协同作用。吸附过程为吸热反应(ΔH > 0)，且无序性降低(ΔS < 0)，表明Ni(II)的吸附具有结构特征。这种机制理解有助于优化AESB/HZO在环境应用中的Ni(II)去除效率。

图形摘要

通过分形动力学、扩散建模、热力学分析和统计物理建模，系统研究了镍(II)在磺胺酰苯胺改性水合氧化锆表面的吸附行为。该复合材料表现出较高的吸附容量和优异的再生性能，凸显了其在可持续废水处理中的潜力。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

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