Активация адсорбции анионного красителя после УФ облучения индивидуальных и бинарных ксерогелей оксидов алюминия и циркония

Мезопористые ксерогели в виде гидратированных индивидуальных и бинарных оксидов алюминия (A) и циркония (Z) были получены гидролизным золь-гель методом после высушивания при 180 °C гидрогеля, синтезированного из нитрата алюминия и оксихло-рида циркония в присутствии поливинилпирролидона. Образцы были исследованы методами ИК-спектроскопии, РЭМ, РФА, БЭТ/БДХ. Установлено, что ксерогели рентгеноаморфные с частицами иерархической структуры, удельная поверхность в ряду (№ образца, мольн.%) составов A (1) < 65AZ (2) < 35AZ (3) < Z (4) возрастает экспоненциально от 21 до 298 м²/г, диаметр пор составляет 4-6 нм, фотоактивный оксогидроксид алюминия (δ_AlOOH = 1070 см^-1) регистрируется только в образцах 1 и 2. Адсорбцию из водного раствора анионного красителя метилоранжа определяли спектрофотометрическим методом в режиме длительной (24 ч) и динамической (10 мин) адсорбции. В обоих случаях адсорбции Гиббса Г_m (мкмоль/г) увеличивается в ряду образцов 1 < 2 < 3 < 4. Значение Г_S (мкмоль/м²) в том же ряду резко снижается, следовательно, центры адсорбции Al⁺³и Zr⁺⁴ имеют разную активность. Установлено, что только для AZ образцов имеется эффект роста адсорбции после облучения ксерогелей ртутной лампой в течение 10 мин. Кинетические кривые адсорбции на образцах без и с УФ обработкой соответствуют уравнению псевдо-второго порядка двухточечной формы адсорбции для модели адсорбции Ленгмюра. Параметры уравнения Г_max (емкость монослоя) и W₀ (начальная скорость адсорбции) возрастают в ряду необлученных образцов 1-2-3-4. Эффект УФ активации, как отношение параметров Г_max и W₀ после и до облучения, увеличивается в последовательности Z < A < < 35AZ < 65AZ (для образца 65AZ рост Г_max и W₀ в 2,4 и 1,8 раза, тогда как константа скорости адсорбции k₂ снижается в десятки раз). Cравнение адсорбции через 24 ч с Г_max показало линейное уменьшение отношения Г₂₄/Г_max в ряду необлученных сорбентов A (2,9) > > 65AZ (2,2) > 35AZ (1,6) > Z (1,0). Этот результат объяснен индуцированной адсорбцией деформацией каркаса ксерогеля, которая наибольшая у Al₂O₃ и отсутствует у ZrO₂.

Mesoporous xerogels of hydrated individual and binary oxides of aluminum (A) and zirconium (Z) were obtained by hydrolysis sol-gel method after drying at 180 °C of a hydrogel synthesized from aluminum nitrate and zirconium oxychloride in the presence of polyvinylpyrrolidone. The samples were examined by IR spectroscopy, SEM, XRD, BET/BJH. It was found that the xerogels are X-ray amorphous. The particles have a hierarchical structure, the specific surface in a series (number and mol.%) of samples A (1) < 65AZ (2) < 35AZ (3) < Z (4) increases exponentially from 21 to 298 m²/g. The pore diameter is 4-6 nm. Photoactive aluminum oxohydroxide (δ_AlOOH = = 1070 cm^-1) is registered only in samples 1 and 2. Adsorption from an aqueous solution using the example of anionic dye methyl orange was determined by spectrophotometer for long-time (24 h) and dynamic (10 min) regime. In both cases, Gibbs adsorption of Г_m (μmol/g) increases in a number of samples 1 < 2 < 3 < 4. The value of Г_S (μmol/m²) in the same series decreases sharply. Therefore, the adsorption centers of Al⁺³ and Zr⁺⁴ have different activity. It is shown that only in the case of AZ samples a photo activated adsorption rise after UV irradiation of sorbents with a mercury lamp for 10 min of duration. Kinetic adsorption curves for samples without and with UV treatment correspond to the pseudo-second-order equation with Langmuir-type two-fold adsorption model. The parameters of this equation Г_max (monolayer capacity) and W₀ (initial adsorption rate) increase in a series of non-irradiated samples 1 < 2 < 3 < 4. The effect of UV activation, as the ratio of Г_max and W₀ after and before irradiation, augments in the sequence Z < A < 35AZ < 65AZ (for 65AZ sample the growth of Г_max and W₀ is 2.4 and 1.8 times, while the adsorption rate constant k₂ decreases tenfold). Comparison of adsorption after 24 h with Г_max showed a linear decrease in the ratio Г₂₄/Г_max for unirradiated sorbents A (2.9) > 65AZ (2.2) > 35AZ (1.6) > I(1.0). This result is explained by adsorption-induced deformation of the xerogel framework, which is greatest in Al₂O₃ and absent in ZrO₂.