鎂鋁雙羥基水合物的合成及其對(duì)碘離子吸附性能的研究

1、<p>　　鎂鋁雙羥基水合物的合成及其對(duì)碘離子吸附性能的研究</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　鎂鋁雙羥基水合物(Magnesium Aluminate double hydroxyl hydrate，簡(jiǎn)寫為Mg-Al-LDHs)，又稱類水滑石化合物(Hydrotalcite like compound，簡(jiǎn)寫為HTlc)，是一類由

2、帶正電荷層和層間填充帶負(fù)電荷的陰離子所構(gòu)成的陰離子型層狀化合物，在吸附、離子交換和催化等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)室以硫酸鎂、硫酸鋁、硝酸鎂、硝酸鋁、氫氧化鈉及純堿等為原料，采用共沉淀法制備了鎂鋁水滑石。并進(jìn)行了IR光譜圖表征，表征結(jié)果表明：鎂鋁水滑石結(jié)構(gòu)中含有主要基團(tuán)氫鍵、-OH、C-O。經(jīng)過(guò)研究了鎂鋁水滑石對(duì)碘離子的吸附性能，研究表明，鎂鋁水滑石對(duì)碘離子具有較好的吸附性能。鎂鋁水滑石對(duì)水溶液中碘離子吸附的最佳條件為：碘離子初始濃度為1

3、00mg/L，投加量為3.5g/L，吸附溫度為25℃，吸附時(shí)間為8h，吸附初始pH為7.5，其對(duì)碘離子的吸附符合Langmuir方程，飽和吸附量達(dá)22.32mg/g。通過(guò)對(duì)鎂鋁水滑石的動(dòng)態(tài)吸附的研究得到：改變吸附劑高度,吸附劑高度越大,穿透時(shí)間越長(zhǎng)。當(dāng)吸附劑高度為5cm時(shí)，出水時(shí)間小于3h時(shí)，幾乎可實(shí)現(xiàn)碘的零排放，在碘離子</p><p>　　關(guān)鍵詞：鎂鋁雙羥基水合物,吸附,吸附等溫線,穿透曲線

4、

5、</p><p>　　MAGNESIUM ALUMINATE DOUBLE HYDROXYL HYDRATE OF SYNTHESIS AND DISCUSSES IODINE ION ADSORPTION PERFORMANCE OF RESEARCH</p><p><b>　　Abstract</b><

6、;/p><p>　　Magnesium Aluminate double hydroxyl hydrate(Magnesium Aluminate double hydroxyl hydrate,abbreviations for Mg-Al-LDHs),Also called Hydrotalcite like compound(Hydrotalcite like compound,abbreviations fo

7、r HTlc),which is a kind of for by positively charged layer and layer is filled the negatively charged anion between constitute anion type layer compound,in adsorption,ion exchange and catalytic have been widely used.Thro

8、ugh laboratory with magnesium sulfate,alumina,nitric acid magnesium,aluminum nit</p><p>　　reference to deeply study.</p><p>　　Key words:Mg-Al-LDHs,Adsorption,Adsorption isotherms,Breakthrough cu

9、rve</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 前 言1</b></p><p>　　1.1 研究背景1</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3 發(fā)展趨勢(shì)3</p><p&g

10、t;　　1.3.1 催化方面的應(yīng)用3</p><p>　　1.3.2 吸附方面的應(yīng)用4</p><p>　　1.4 水滑石類材料的性質(zhì)7</p><p>　　1.4.1 層間陰離子的可交換性7</p><p>　　1.4.2 熱穩(wěn)定性能8</p><p>　　1.4.3 記憶效應(yīng)8</p>&

11、lt;p>　　1.4.4 組成和結(jié)構(gòu)的可調(diào)控性8</p><p>　　1.4.5 酸堿雙功能性8</p><p>　　1.4.6 插層功能8</p><p>　　1.4.7 電化學(xué)性能9</p><p>　　1.5 研究目的及意義9</p><p>　　1.6 研究?jī)?nèi)容9</p><

12、;p>　　1.7 研究方法9</p><p>　　1.7.1 合成方法9</p><p>　　1.7.2 分析方法11</p><p><b>　　2 實(shí)驗(yàn)部分13</b></p><p>　　2.1 水滑石的吸附原理13</p><p>　　2.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備14</p&g

13、t;<p>　　2.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器 14</p><p>　　2.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑14</p><p>　　2.3 水滑石合成方法16</p><p>　　2.3.1 鎂鋁型水滑石的合成工藝流程圖16</p><p>　　2.3.2 鎂鋁型水滑石的合成步驟(硝酸鎂/硝酸鋁)16</p><p>

14、;　　2.3.3 鎂鋁型水滑石的合成步驟(硫酸鎂/硫酸鋁)16</p><p>　　2.4 水滑石的表征17</p><p>　　2.5 碘離子濃度的測(cè)定步驟19</p><p>　　3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論23</p><p>　　3.1 碘離子的吸附實(shí)驗(yàn)24</p><p>　　3.1.1 鎂鋁水滑石的不同配比

15、對(duì)吸附的影響24</p><p>　　3.1.2 吸附時(shí)間對(duì)吸附的影響25</p><p>　　3.1.3 水滑石投加量對(duì)吸附的影響26</p><p>　　3.1.4 吸附初始pH對(duì)吸附的影響27</p><p>　　3.1.5 吸附溫度對(duì)吸附的影響28</p><p>　　3.1.6 吸附等溫線29&l

16、t;/p><p>　　3.2 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)32</p><p>　　3.3 動(dòng)態(tài)吸附穿透曲線35</p><p>　　4經(jīng)濟(jì)和技術(shù)可行性分析37</p><p><b>　　5 結(jié)論39</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)41</b></p>&

17、lt;p><b>　　致謝43</b></p><p><b>　　附件45</b></p><p><b>　　1 前 言</b></p><p><b>　　1.1 研究背景</b></p><p>　　防治污染、保護(hù)環(huán)境己日益成為世界各國(guó)

18、的一項(xiàng)基本國(guó)策。從水環(huán)境來(lái)看，我國(guó)水資源供需矛盾突出，人均水資源擁有量為2700m3，僅為世界平均水平的114位，預(yù)計(jì)2050年將減至1750m3，屬于貧水國(guó)。除水資源匱乏外，水體污染是面臨的嚴(yán)重問(wèn)題之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年廢水排放總量已達(dá)3.665×1010t，但只有32%的工業(yè)廢水得到妥善處理，其余的未經(jīng)處理就直接排入水體。水體中有機(jī)污染物己成為主要的污染形式，表現(xiàn)為高COD和BOD濃度、水體缺氧、不良的臭味和顏色。其中陰離

19、子表面活性劑廢水是一種治理難度很大的高濃度有機(jī)廢水。吸附法是當(dāng)前工業(yè)給水、水污染治理與節(jié)水回用凈化處理工程技術(shù)領(lǐng)域中最常用的方法之一，作為有效的去除陰離子表面活性劑的方法也己經(jīng)被廣泛采用，但是現(xiàn)今各類吸附劑本身存在再生困難或費(fèi)用較高的缺點(diǎn)，所以尋找新型高效的吸附劑是我們現(xiàn)在面臨要解決的問(wèn)題[1-6]。</p><p>　　由于水滑石類材料層間陰離子可與外界溶液中的陰離子進(jìn)行交換，故可作為良好的陰離子污染物吸附劑。

20、近年來(lái)，因水滑石特殊的離子交換和記憶效應(yīng)特性，使得水滑石的應(yīng)用涉及多個(gè)學(xué)科，在污染治理方面顯現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)[7-9]，對(duì)于水滑石的研究已成為材料科學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)，水滑石及類水滑石化合物因具有特殊的層狀結(jié)構(gòu)及物理化學(xué)性質(zhì)，在吸附、催化領(lǐng)域中占有重要位置，可以應(yīng)用到水處理技術(shù)等許多領(lǐng)域，逐漸成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一[10-12]。</p><p>　　我國(guó)是海鹽生產(chǎn)大國(guó)，伴隨海鹽的生產(chǎn)每年副產(chǎn)近3×107m3苦鹵，

21、其主要組分為鎂鹽。鹵的利用率不足20%，且相關(guān)行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益較差，導(dǎo)致資源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染[13-14]。鎂資源的開發(fā)利用是苦鹵化學(xué)資源綜合利用的核心。</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)外對(duì)離子的吸附研究主要集中在對(duì)陽(yáng)離子的吸附方面較多，并且取得了良好的研究成果，但是對(duì)陰離子的研究就相對(duì)較少，同時(shí)水中的陰離子的影響又是極其顯著的，所以說(shuō)對(duì)水中陰離子的吸附研究是相當(dāng)有必要的，也是具有重大意義的，實(shí)驗(yàn)以鎂鋁水滑石材料對(duì)碘

22、離子的研究來(lái)探討對(duì)其吸附性能的效果。</p><p>　　碘是制造無(wú)機(jī)或有機(jī)碘化物的基本原料,又是人體和植物必不可少的營(yíng)養(yǎng)元素,在國(guó)防及尖端技術(shù)方面也有廣泛的用途。碘是工業(yè)、農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥衛(wèi)生方面的重要物資，其需用量也在日益增加。在農(nóng)業(yè)上，碘是制造農(nóng)藥的原料，還是家禽飼料添加劑；在工業(yè)上,用于生產(chǎn)合成染料,煙霧滅火劑和照相激光乳劑；在有機(jī)合成反應(yīng)中,碘是良好的催化劑,同時(shí)碘也可以作為高純度鋯、鈦、硅和鍺的提煉劑。醫(yī)學(xué)

23、科學(xué)界將碘元素作為“智慧元素”應(yīng)用于人體健康和提高人口素質(zhì)。碘主要儲(chǔ)藏于巖石礦藏,油氣田鹵水和海藻植物中,在海洋水體中碘的總蘊(yùn)藏量可達(dá)到8×108t以上,但每升海水的含碘量?jī)H為0.05mg左右，屬于微量元素[15]，同時(shí)碘又是一種污染物，在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)使產(chǎn)品的色度變差，影響產(chǎn)品的美觀和性能，所以說(shuō)研究對(duì)碘離子的吸附性能是有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。</p><p>　　水滑石類材料具有吸附容量高、受

24、溶液pH影響較小、無(wú)毒無(wú)害、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，是一種綠色環(huán)保型的水處理吸附劑。此次實(shí)驗(yàn)以水滑石類材料為吸附劑吸附水中碘離子，探索水滑石類材料吸附碘離子的性能和初步規(guī)律，進(jìn)一步拓展水滑石類材料的應(yīng)用領(lǐng)域，為脫除水中碘離子積累基本數(shù)據(jù)。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　由于水滑石類材料層間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其層間陰離子可與各種陰離子進(jìn)行交換。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)陰離子吸附方法研

25、究較多的主要是用新型吸附劑吸附陰離子。</p><p>　　張兆春等[16]用新型吸附劑活性矸吸附硫、氟、鉻陰離子。顧秋香等用吸附法去除水中SO42-，主要綜述了水中硫酸根的吸附脫除法，包括石灰和聚合氯化鋁結(jié)合法、焙燒水滑石吸附法、柱撐蒙脫石吸附法、針鐵礦吸附法、氫氧化鐵吸附法、離子交換法，顧秋香等還指出了各種方法的原理和特點(diǎn)。</p><p>　　任于翎等《粘土吸附法處理直接混紡黑廢水的

26、試驗(yàn)研究》表明對(duì)于初始濃度為500mg/L的直接混紡黑廢水,當(dāng)高嶺土用量為5g時(shí)，去除率可達(dá)99%以上。中溫（300～500℃）下焙燒可使吸附飽和后的高嶺土再生,且再生效果較好，可多次重復(fù)使用。同時(shí)葉舒展等研究改性后的高嶺土能夠部分或全部替代炭黑和白炭黑，提高材料的剛性、拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度等性能,并賦予材料耐腐蝕、阻燃、絕緣等特殊的物化性能[17]。</p><p>　　Kuzawa等[18]研究證明層間同時(shí)含有

27、CO32-、Cl-兩種陰離子的Mg-Al水滑石在常溫條件下對(duì)PO43-的吸附容量可達(dá)47.3mg/g,采用NaCl、NaOH及MgCl2溶液可將吸附飽和的材料再生,再生后的吸附材料對(duì)PO43-的吸附能力與原材料基本相同。Chitrakar等[18]研究證明經(jīng)焙燒后的Mg-Mn水滑石對(duì)海水中的PO43-具有很好的吸附效果。</p><p>　　類水滑石材料對(duì)Cr(Ⅳ)的吸附也是目前的研究熱點(diǎn)之一。Lazaridis

28、等使用合成的Mg-Al-CO32-為吸附劑，對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附量為17mg/g，吸附飽和的吸附劑經(jīng)Na2CO3溶液再生，可在短時(shí)間內(nèi)將吸附的Cr（Ⅵ）從水滑石中完全脫附，經(jīng)過(guò)10次吸附—脫附利用后，材料對(duì)Cr（Ⅵ）的吸附容量仍保持穩(wěn)定。Ayuso等比較Mg-Al-CO32-水滑石焙燒前后對(duì)Cr（Ⅵ）的吸附差別時(shí)發(fā)現(xiàn)，焙燒前對(duì)Cr（Ⅵ）的吸附容量為16.3mg/g，而焙燒后的吸附容量則達(dá)到128mg/g。除此之外，其他的研究者也證明了水滑

29、石對(duì)Cr(Ⅵ)具有很好的吸附效果。</p><p>　　在各種對(duì)陰離子吸附的材料中，利用水滑石材料對(duì)陰離子的吸附研究較少，因其具有特殊的層間離子交換性能和結(jié)構(gòu)記憶效應(yīng),在水處理中作為催化劑和吸附劑(離子交換劑)已經(jīng)展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。目前在水體高級(jí)氧化等催化領(lǐng)域已取得了一定的研究成果，在水體污染治理中作為高效陰離子吸收劑和催化載體得以利用并顯示出特殊優(yōu)點(diǎn)。采用水滑石去除水體中以非絡(luò)合陰離子形式存在的重金屬陽(yáng)離子

30、，相關(guān)研究報(bào)道很少，但其顯著的螯合效果和廉價(jià)的成本使其作為水體凈化劑而具有相當(dāng)?shù)沫h(huán)境應(yīng)用價(jià)值。作為一種新型納米復(fù)合材料，人們對(duì)其結(jié)構(gòu)、反應(yīng)性能和機(jī)理進(jìn)行了深入的研究，開發(fā)了多種新型具有特異性能的水滑石材料，特別是由類水滑石衍生復(fù)合氧化物(HTLcs或者LDOs)，己經(jīng)應(yīng)用于科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)。近年來(lái)，隨著交叉學(xué)科研究領(lǐng)域的拓展，其在功能高分子材料、化妝品、醫(yī)藥、電工、塑料等行業(yè)有了新的應(yīng)用，使其研究和使用價(jià)值大大增強(qiáng)。1842年Hoch

31、stetter首先從片巖礦層中發(fā)現(xiàn)了天然水滑石礦；二十世紀(jì)初人們由于發(fā)現(xiàn)了LDHs對(duì)氫加成反應(yīng)具有催化作用而開始對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究；1969年Allmann等人通過(guò)測(cè)定LDHs單晶結(jié)構(gòu)，首次確認(rèn)了LDH</p><p><b>　　1.3 發(fā)展趨勢(shì)</b></p><p>　　HTLcs對(duì)外界陰離子的吸附具有吸附效率高、重復(fù)利用率好、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)。目前的研究證明HT

32、Lcs對(duì)PO43-、F-、Cl-、Br-、I-等陰離子均具有很好的吸附效果。同時(shí)，HTLcs對(duì)IO3-亦有很好的吸附效果。Toraishi等使用Mg-Al-CO32- 作為吸附劑吸附水溶液中的IO3-，3h內(nèi)對(duì)IO3-的去除率可達(dá)95%以上。</p><p>　　水滑石是一種具有層狀結(jié)構(gòu)的天然礦物，其理想結(jié)構(gòu)式為Mg6Al2（OH）16CO3·4H2O（Hydrotalcite簡(jiǎn)稱HT），板層上Mg（O

33、H）6八面體通過(guò)共用棱邊形成土板層結(jié)構(gòu)，其中的Mg2+在一定程度上被Al3+同晶取代而導(dǎo)致層上帶有正電荷，CO32-處于層間作為平衡離子，使整個(gè)結(jié)構(gòu)呈電中性。一定條件下，水滑石結(jié)構(gòu)中的Mg2+、Al3+可被其它電荷相同、半徑相近的二價(jià)或三價(jià)金屬離子同晶取代，層間陰離子CO32-可被NO3-、Ac-、Cl-、SO42-等無(wú)機(jī)陰離子取代，從而形成結(jié)構(gòu)相同、組成各異的類水滑石化合物（Hydrotalcite-Like Compounds簡(jiǎn)稱H

34、TLcs），其結(jié)構(gòu)通式為：[M1-x2+Mx3+（OH）2]x+(Axnn-)·mH2O，其中M2+、M3+分別代表+2、+3價(jià)金屬陽(yáng)離子，A代表陰離子，n代表陰離子的價(jià)數(shù)，m代表結(jié)晶水的數(shù)目，x為+3價(jià)陽(yáng)離子在陽(yáng)離子總數(shù)中所占的分?jǐn)?shù)。由于該物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使其具有層間陰離子的可交換性、板層元素組成多變性和孔徑可調(diào)變性。依據(jù)類水滑石中M2+和M3+的種類及比例不同HTLcs具有不同的酸堿性和氧化還原性，它們?cè)诩託洹?lt;/p

35、><p>　　由于LDHs及其鍛燒產(chǎn)物特殊的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)，具有多方面的用途[19]，具體表現(xiàn)在:</p><p>　　1.3.1 催化方面的應(yīng)用</p><p>　　LDHs及其鍛燒產(chǎn)物作為新型的催化劑和催化劑載體，可作為加氫、重整、裂解、縮聚、加聚及醇類轉(zhuǎn)化等許多有機(jī)反應(yīng)的催化劑。LDHs因具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，可以作為加氫、重整、裂解、縮聚以及聚合等反應(yīng)的催化劑，具

36、有催化效率高，易再生等優(yōu)點(diǎn)。在許多反應(yīng)中正在取代NaOH、KOH等傳統(tǒng)堿性催化劑。LDHs的分解產(chǎn)物中存在堿性中心，可以作為堿性催化劑用于烯烴氧化物聚合和醇醛縮聚反應(yīng)中。由LDHs制得的氧化還原催化劑一般含有大量的過(guò)渡金屬，可被用于脫水以及氫化等反應(yīng)。載體的性質(zhì)和制備方法直接影響粒子的性狀、大小和分布，LDHs為前體制備的混合氧化物具有較高的比表面積和良好的水、熱穩(wěn)定性，可以用作堿性催化劑載體。貴重金屬具有多種催化能力，在諸如加氫、脫氫

37、、完全氧化反應(yīng)中應(yīng)用很廣。</p><p>　　有關(guān)研究表明，Mg-Al-O混合氧化物擔(dān)載的貴金屬Pt催化劑對(duì)正己烷的芳構(gòu)化有較高的活性，其中Pt是脫氫中心，Mg-Al-O載體表面的堿中心有利于成環(huán)芳構(gòu)反應(yīng)。鈀負(fù)載型催化劑對(duì)很多有機(jī)化合物的加氫反應(yīng)有催化活性。在對(duì)比Pd負(fù)載在不同底物上對(duì)CC12F2氫解作用的催化活性時(shí)，發(fā)現(xiàn)煅燒過(guò)的Mg-Cr水滑石作為底物比MgO和Cr2O3都好，且主要的氫解產(chǎn)物為CH4。由LD

38、Hs可以制成用于烯烴聚合的齊格勒-納塔催化劑載體，與用(MgCO3)4·Mg(OH)2·H2O制得的載體相比，催化劑具有更高的活性和更好的分子量選擇性。</p><p>　　（1）堿催化劑:LDHs分解產(chǎn)物中存在堿中心，可用作堿催化劑。Reichle報(bào)道了用Mg/Al-LDHs及不同陽(yáng)離子取代的類水滑石作二羥基丁醛縮聚反應(yīng)的催化劑，Kohjiy測(cè)定了在不同焙燒溫度下在Mg6A12(OH)16C

39、O3.4H2O上的聚合反應(yīng)。LDHs及其鍛燒產(chǎn)物作為多相堿性催化劑，在許多反應(yīng)中正在取代NaOH、KOH等傳統(tǒng)堿性催化劑。</p><p>　?。?）酸催化劑:一般LDHs呈現(xiàn)堿性活性中心，但通過(guò)調(diào)變陰離子和氧離子種類，特別在層間引入雜多酸陰離子，可賦予酸性中心。李連生等用LaAlLDHs作為鄰苯二甲酸配與正戊醇反應(yīng)催化劑，發(fā)現(xiàn)有很好的反應(yīng)活性和選擇性。</p><p>　?。?）氧化還原

40、催化劑:由LDHs為前體制得的氧化還原類催化劑，可以用于水煤氣轉(zhuǎn)換、硝基苯還原、合成甲醇等反應(yīng)。Gusi等用CuznAILDHs作催化劑在低溫低壓下合成了甲醇。由LDHs制得的氧化還原催化劑一般含有大量的過(guò)渡金屬元素(“66%一77%”)，比其它方法制得的催化劑有更高的穩(wěn)定性、壽命和活性;對(duì)某些催化劑的的進(jìn)一步修飾，可以將其它元素引入類水滑石結(jié)構(gòu)中或?qū)又校@使修飾后的催化劑性能發(fā)生改變(如穩(wěn)定性、活性、選擇性及易于活化等)。</p

41、><p>　　（4）催化劑載體:較典型的是用于烯烴聚合的齊格勒催化劑載體，與用(MgCO3)4·Mg(OH)2H2O制得的載體相比，催化劑具有更好的分子量選擇性和更高的活性。</p><p>　　類水滑石具有獨(dú)特的組成和結(jié)構(gòu)特征，可作為堿性催化劑、氧化還原催化劑、酸堿雙功能催化劑以及催化劑載體等。如在催化劑中得到廣泛應(yīng)用。作催化劑應(yīng)用的一種情況是本身作催化劑，另一種情況是緞燒后的混合

42、氧化物作催化劑。類水滑石作催化劑之所以引起人們的廣泛興趣是因?yàn)?</p><p>　?、?類水滑石可使多種二價(jià)和三價(jià)金屬離子進(jìn)行匹配；</p><p>　?、?金屬陽(yáng)離子可在原子尺度上進(jìn)行混合；</p><p>　?、?類水滑石熱分解后可生成熱穩(wěn)定性的混合氧化物具有較高的比表面積和良好的水、熱穩(wěn)定性，可以用作堿性催化劑載體。</p><p>

43、　　1.3.2 吸附方面的應(yīng)用</p><p>　　LDHs有較強(qiáng)的離子交換和吸附性能，在相關(guān)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。Bish等和Tsugiosat。等認(rèn)為未經(jīng)鍛燒的LDHs在溶液中優(yōu)先吸附CO32-和PO43-，離子交換能力遠(yuǎn)低于理論最大值3.3meq/s，經(jīng)鍛燒轉(zhuǎn)化為金屬氧化物后，吸附能力大為提高,吸附研究說(shuō)明，Mg-Al-LDHs是一種良好的廢水處理劑。一些放射性元素也可以用這種吸附劑得到處理。二十世紀(jì)九十年代以

44、后，隨著現(xiàn)代分析技術(shù)和測(cè)試手段的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)LDHs結(jié)構(gòu)和性能的研究不斷深化，尤其在與材料、醫(yī)藥、生物等學(xué)科領(lǐng)域的結(jié)合應(yīng)用，使得LDHs在國(guó)民經(jīng)濟(jì)眾多領(lǐng)域展示了廣泛的應(yīng)用前景。</p><p>　?。?）醫(yī)藥方面。LDHs類化合物可以作為治療胃病如胃炎、胃潰瘍、十二指腸潰瘍等常見疾病的抗酸劑。研究證明，通過(guò)改進(jìn)水滑石的陰離子組成，得到一些含磷酸鹽陰離子的類水滑石，它們作為抗酸藥，將繼承傳統(tǒng)抗酸藥的優(yōu)點(diǎn)，并且可

45、以避免導(dǎo)致軟骨病和缺磷綜合癥等副作用的發(fā)生。胃炎、胃潰瘍、十二指腸潰瘍等常見胃病主要是由于胃酸過(guò)多并積累,胃長(zhǎng)期處于酸性環(huán)境中而致的,其治療方法主要是依靠堿性藥物,通過(guò)中和反應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)胃液的pH,從而達(dá)到適當(dāng)抑制胃蛋白酶活性的目的。LDHs作為治療胃潰瘍等常見胃病的抗酸劑,緩沖pH范圍為3～5,不僅能夠有效抑制胃蛋白酶的活性,并且可以避免導(dǎo)致軟骨病和缺磷綜合癥等副作用的發(fā)生,藥效顯著且持久。它作為抗酸藥,正在迅速取代第一代氫氧化鋁類傳統(tǒng)抗

46、酸藥。</p><p>　?。?）功能高分子材料及其添加劑方面的應(yīng)用。</p><p>　?、?紫外吸收和阻隔材料:Mg-Al-LDHs經(jīng)鍛燒后表現(xiàn)出優(yōu)異的紫外吸收和散射效果，利用表面反應(yīng)還可進(jìn)一步強(qiáng)化其紫外吸收能力，使之兼?zhèn)湮锢砗突瘜W(xué)兩種作用。大量實(shí)踐證明，以其作為光穩(wěn)定劑，效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)材料，可廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、纖維、涂料等領(lǐng)域。</p><p>　　LD

47、Hs經(jīng)煅燒后的產(chǎn)物含有特殊的化學(xué)鍵(如M-O鍵),表現(xiàn)出優(yōu)異的紫外吸收和散射效果,可以作為紫外阻隔材料;同時(shí)它表面呈堿性并且具有不飽和鍵力,具有表面接枝性能,可以與具有不同紫外吸收效果的有機(jī)物如肉桂酸、對(duì)甲氧基肉桂酸鹽、2-苯基苯咪唑、2-羥基-4-甲氧基苯磺酸等經(jīng)反應(yīng)接枝,進(jìn)一步強(qiáng)化其紫外吸收能力,使之兼?zhèn)湮锢砗突瘜W(xué)雙重功能。大量實(shí)踐證明,以其作為光穩(wěn)定劑,效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)材料,在塑料、橡膠、纖維?；瘖y品、涂料以及油漆等領(lǐng)域具有廣泛的

48、用途。</p><p>　?、?多功能紅外吸收材料:LDHs的化學(xué)組成使得其具有顯著的紅外吸收性能，加上LDHs的層間可插入其它有著紅外吸收功能的有機(jī)分子，這就使得該層柱材料對(duì)紅外的吸收范圍能夠根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)整。目前已將LDHs用于農(nóng)業(yè)棚膜，提高保溫效果，并且改善其力學(xué)性能、抗老化性能等等。</p><p>　　LDHs的化學(xué)組成決定其具有優(yōu)異的紅外吸收能力和較寬的紅外吸收范圍，并且

49、其吸收范圍還可以通過(guò)調(diào)變其組成加以改變，是一種很好的紅外阻隔無(wú)機(jī)填料。采用先進(jìn)的復(fù)合技術(shù),可以在不影響農(nóng)膜原有光學(xué)性能的條件下,顯著提高農(nóng)膜的保溫性能。作為改善農(nóng)膜保溫性能填料的研究發(fā)現(xiàn), 在PVC和PE薄膜中加入LDHs類填料,在不影響其可見光透過(guò)率的同時(shí),紅外光的透過(guò)率可由原來(lái)的36%下降到6%,效果非常顯著。在環(huán)境溫度為-2.1℃,棚內(nèi)溫度可以達(dá)到5.9℃以上,比與之對(duì)照的為未加填料的棚內(nèi)溫度高2.2℃。另外,LDHs組成和結(jié)構(gòu)上

50、的特點(diǎn)還使其兼?zhèn)淇估匣?、改善力學(xué)、提高阻隔、抗靜電性及防塵等性能。</p><p>　?、?新型阻燃材料:LDHs的結(jié)構(gòu)中含有相當(dāng)量的結(jié)構(gòu)水，控制合成條件可使層間具有碳酸根。大量實(shí)驗(yàn)證明，其具有優(yōu)異的阻燃性能，且無(wú)毒，可廣泛用于合成材料、涂料、油漆等。</p><p>　　目前,電工行業(yè)使用的無(wú)鹵阻燃填料主要是粒狀氫氧化鋁和氫氧化鎂,他們同時(shí)起阻燃和填充作用,燃燒時(shí)不產(chǎn)生有毒氣體和腐蝕氣體

51、,而且還具有抑煙功能,本身也無(wú)毒、不揮發(fā)、廉價(jià)。在抑制材料溫度上升,降低材料表面放熱量,提高材料自燃溫度(高填充時(shí)),延長(zhǎng)引燃時(shí)間方面,氫氧化鋁的作用效果優(yōu)于氫氧化鎂;而在提高材料自燃溫度(低填充時(shí)),提高氧指數(shù),促進(jìn)炭化效果方面,氫氧化鎂則優(yōu)于氫氧化鋁。LDHs結(jié)構(gòu)中含有相當(dāng)數(shù)量的結(jié)構(gòu)水,控制合成條件可使層之間具有CO32-,添加到聚合物中的鎂鋁水滑石阻燃劑受熱分解時(shí),放出的惰性氣體二氧化碳和水汽能稀釋可燃?xì)怏w濃度,減弱火勢(shì),達(dá)到阻燃

52、的目的。而分解產(chǎn)生的MgO和Al2O3可形成隔熱層;同時(shí)受熱分解時(shí)吸收大量的熱量,降低燃燒體系的溫度,由此可見,LDHs不僅具有氫氧化鋁和氫氧化鎂阻燃劑的優(yōu)點(diǎn),而且還克服了其不足之處,具有阻燃、消煙、填充3種功能,是一種很有發(fā)展前景的高效、無(wú)毒、低煙的無(wú)鹵阻燃劑新品種。</p><p>　?。?）在塑料工藝中的應(yīng)用。聚氯乙烯(PVC)具有加工性能優(yōu)越、燃燒困難、力學(xué)性能高、價(jià)格低廉,原料來(lái)源豐富以及制造工藝成熟等

53、特點(diǎn),在輕工、機(jī)械、電子、建筑、紡織以及航天等領(lǐng)域具有廣泛的用途,但是它存在著熱穩(wěn)定性差的突出缺點(diǎn),因此在加工過(guò)程中必須加入熱穩(wěn)定劑。因LDHs具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和特性,當(dāng)采用它與其他熱穩(wěn)定劑(有機(jī)錫、鉛或鋅鹽等)復(fù)合作為PVC熱穩(wěn)定劑時(shí),不僅可以顯著提高PVC的熱穩(wěn)定性,而且還可以提高PVC的光穩(wěn)定性和耐候性,提高PVC的阻燃性,抑制PVC燃燒時(shí)的煙霧,促進(jìn)PVC農(nóng)膜對(duì)紅外光的選擇性吸收,提高農(nóng)膜的保溫性,改善農(nóng)膜的防霧滴性能以及防止PV

54、C薄膜與膜具之間的粘連等。</p><p>　?。?）在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用。汽油中的硫不僅是SOx的來(lái)源,而且還會(huì)影響機(jī)動(dòng)車催化轉(zhuǎn)換器的低溫活性,導(dǎo)致易揮發(fā)有機(jī)化合物(VOCs)、NOx和其他有害物質(zhì)的逸出,所以控制汽油中的硫含量十分重要。去除SOx的一般原理是在氧氣存在下,SOx被氧化為SO3,與金屬氧化物形成硫酸鹽,然后在還原劑的作用下,金屬氧化物被重新合成,同時(shí)產(chǎn)生H2S。一般的氫化處理要增加大量成本,還會(huì)

55、導(dǎo)致辛烷大量流失,以致下一步要重新合成。LDHs不僅可以有效地去除SOx,NO和NO2,而且還可以避免辛烷的流失和成本的增加。</p><p>　　(5) 在離子交換和吸附方面的應(yīng)用。LDHs的離子交換性能與陰離子交換樹脂相似,但與陰離子交換樹脂相比容量大、耐高溫(300℃)、耐輻射、不老化、密度大、體積小,尤其適用于核動(dòng)力裝置上發(fā)射性廢水的處理。LDHs具有較大的內(nèi)表面積,再加之表面活性中心的作用,容易接受客體

56、分子,所以可用作吸附劑。如精制的成品油與Mg2AlNO3或Mg3AlNO3等LDHs吸附劑接觸后,油中的元素硫能被去除。液態(tài)烴原料通過(guò)由LDHs制得的金屬氧化物固溶體后,其中的環(huán)烷酸能很方便有效地去除,去除率在95%以上。含LDHs的吸附劑,可去除燃煤熱電廠的煙道氣中有害的氧化硫,其中吸附劑吸附完氧化硫后可在高溫下加熱再生,重復(fù)利用。</p><p>　　(6) 在水處理中的應(yīng)用。由于LDHs的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),它的焙燒

57、產(chǎn)物在一定條件下可以重新吸收水和陰離子從而部分恢復(fù)為L(zhǎng)DHs的層狀結(jié)構(gòu),LDHs的這種獨(dú)特結(jié)構(gòu)記憶效應(yīng),在水處理中具有廣泛的用途。在處理印染廢水中的殘余染料時(shí),由于LDHs含有陰離子吸附位,吸附染料的能力較強(qiáng),通過(guò)離子交換可以迅速除去織物表面的剩余染料,避免了各種顏色染料在水中停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而造成織物表面顏色的混雜;用一定量的LDHs與金屬電鍍、化學(xué)鍍、照相、采礦等行業(yè)的廢水中含有金屬氰化物、金屬硫氰化物、金屬硫代硫酸鹽、金屬檸檬酸鹽或金

58、屬EDTA等陰離子絡(luò)合物廢水接觸后,再采用過(guò)濾、沉淀、離心等方法從溶液中分離出來(lái),則可以去除溶液中的這些陰離子絡(luò)合物,使其濃度小于1mg/L,甚至小于0.1mg/L。在處理過(guò)程中,不需要特別的設(shè)備,費(fèi)用較低,不產(chǎn)生環(huán)境不友好的副產(chǎn)物,而且吸附劑可以再生利用。如先使用硅酸鹽,然后再用LDHs處理照相行業(yè)中含鐵的廢水,可以將水中的鐵去除至小于5mg/L。除此之外,用LDHs還可用來(lái)凈化核反應(yīng)堆中的冷卻水、去除溶液中的硒和砷、去除溶液中的Cl

59、-、鉻酸根離子和PO43-等陰離子、去除水溶液中的有機(jī)毒素以及</p><p>　　(7) 用作抑菌劑。因?yàn)長(zhǎng)DHs特殊的化學(xué)組成,對(duì)多種微生物和菌類的生長(zhǎng)有著特殊的抑制作用,而且?guī)缀鯖](méi)有毒性,耐熱性、耐氣候性好,價(jià)格便宜,可作為抑菌劑使用,用于合成材料及涂料等后,能很快地分散到樹脂、橡膠、纖維中,特別是在表面用表面處理劑處理后,可賦予其殺菌防霉功能,并獲得性能優(yōu)異的自潔材料。另外,由于含銀抗菌劑具有優(yōu)越的殺菌性

60、能,塑料中常加入含銀抗菌劑,但是存在一個(gè)缺陷,就是容易引起塑料的褪色或變色,如果在其中加入0.02%-0.06%的Mg-Al-LDHs后,則可以防止塑料顏色的變化。</p><p>　　小結(jié)：人們利用水滑石特殊結(jié)構(gòu)性能,采用不同方法合成了具有不同特性的水滑石類層狀化合物,廣泛用作催化劑、吸附劑、離子交換劑、阻燃劑等方面。由于LDHs的獨(dú)特結(jié)構(gòu),使其具有廣泛的用途。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,催化、環(huán)保、材料等領(lǐng)域?qū)?yīng)

61、用材料提出了更高的要求,水滑石類化合物由于其產(chǎn)品豐富、無(wú)鹵低毒、易制備等特性正成為功能性材料開發(fā)的重點(diǎn),且隨著納米材料研究的深入和新的工藝的開發(fā),水滑石類化合物工業(yè)化制備和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展必將逐步實(shí)現(xiàn),并將帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)效益和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)。</p><p>　　目前世界上LDHs的發(fā)展趨勢(shì)是圍繞獲得新結(jié)構(gòu)納米LDHs展開結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及制備技術(shù)的研究,</p><p>　　同時(shí)充分利用納米LD

62、Hs的特殊結(jié)構(gòu)而具有的多種性能,開展新的應(yīng)用途徑,拓展新的應(yīng)用領(lǐng)域。我國(guó)也應(yīng)該不斷開發(fā)其新的應(yīng)用領(lǐng)域,研究其結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系,以促進(jìn)我國(guó)新型結(jié)構(gòu)功能性材料的發(fā)展。由以上各方面的應(yīng)用可知對(duì)鎂鋁雙羥基水合物的合成及其對(duì)碘離子吸附性能的研究具有很廣闊的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)這正是本課題所研究的意義。</p><p>　　1.4 水滑石類材料的性質(zhì)</p><p>　　1.4.1 層間陰離子的可交換性&

63、lt;/p><p>　　水滑石類材料（以下簡(jiǎn)稱LDHs）的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其層間陰離子可與各種陰離子，其結(jié)構(gòu)如夾心面包,兩邊由二價(jià)和三價(jià)的金屬離子正電荷片組成,中間是陰離子和水分子,其中-OH八面體圍繞著金屬離子,形成“公用橋”,因而水滑石表面呈強(qiáng)堿性,而且比表面積大，能與包括無(wú)機(jī)離子、有機(jī)離子、同種離子、雜多酸離子以及配位化合物的陰離子進(jìn)行交換[20]。</p><p>　　LDHs層間陰離子可與

64、各種陰離子如無(wú)機(jī)陰離子、有機(jī)陰離子、同多和雜多陰離子以及配位化合物陰離子進(jìn)行交換,從而調(diào)變了層間距,同時(shí)使柱撐LDHs的擇形催化性能更加顯著,也可用體積較大的陰離子取代體積較小的陰離子,以期得到更多的反應(yīng)空間和暴露更多的活性中心。利用這一性質(zhì),可以將一些功能性離子引入層間,實(shí)現(xiàn)分子設(shè)計(jì)。</p><p>　　這使它首先可以作為陰離子交換材料來(lái)使用；另外，可以將各種陰離子如無(wú)機(jī)和有機(jī)陰離子、同多和雜多陰離子以及配合

65、物陰離子通過(guò)離子交換引入水滑石層間，得到相應(yīng)的柱撐水滑石，從而獲得一類具有不同功能的新材料。層間陰離子的可交換性取決于它們所帶的電荷數(shù)及自身的性質(zhì)。文獻(xiàn)中報(bào)道層間陰離子易于被交換的順序?yàn)椋?lt;/p><p>　　OH->F->Cl->Br->NO3->I->CO32-</p><p>　　水滑石層間陰離子可與各種陰離子進(jìn)行交換，從而改變了層間距，同時(shí)使柱撐

66、水滑石的擇型催化性能更加顯著?？梢杂皿w積較大的陰離子取代體積較小的陰離子，以期得到更多的反應(yīng)面和暴露更多的活性中心。高價(jià)離子容易交換進(jìn)入層間，低價(jià)離子則容易被交換出來(lái)。</p><p>　　1.4.2 熱穩(wěn)定性能 </p><p>　　LDHs加熱到一定溫度會(huì)發(fā)生分解，LDHs的有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)被破壞，表面積增加，孔容增加，對(duì)陰離子吸附性能也會(huì)提升。LDHs加熱到一定溫度要發(fā)生分解,熱分解過(guò)程

67、包括脫層間水,羥基脫水(層狀結(jié)構(gòu)的破壞)和新相生成等步驟。在空氣中低于200℃時(shí),僅失去層間水,對(duì)其結(jié)構(gòu)沒(méi)有影響,當(dāng)加熱到250-450℃時(shí),失去更多的水分,同時(shí)有CO2生成。加熱到450-500℃后,脫水比較完全,CO32-消失,完全轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2,生成Mg6Al2O8(OH)2(簡(jiǎn)稱LDO)。在加熱過(guò)程中,表現(xiàn)為適當(dāng)?shù)谋砻娣e增加,孔體積增大以及形成酸堿中心。當(dāng)加熱溫度超過(guò)600℃時(shí),則分解后形成的金屬氧化物的混合物開始燒結(jié),致使表面積

68、降低,孔體積減小,通常形成尖晶石MgAl2O4和MgO,吸附性能下降。</p><p>　　1.4.3 記憶效應(yīng) </p><p>　　在一定溫度下將LDHs焙燒一定時(shí)間的樣品（此時(shí)樣品的狀態(tài)通常是LDHs中金屬離子的復(fù)合氧化物）加入到含有某種陰離子的溶液介質(zhì)中，其結(jié)構(gòu)可以部分恢復(fù)到具有有序?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的LDHs。LDHs在一定溫度下焙燒改變結(jié)構(gòu)后,可重新吸收水和陰離子,部分恢復(fù)為原有的層狀

69、結(jié)構(gòu)。利用這一特點(diǎn),可用作陰離子吸收劑。被吸收的陰離子離子半徑越小,恢復(fù)后層狀結(jié)構(gòu)的層間距越小,所以陰離子價(jià)數(shù)越高,越容易進(jìn)入層間。在一定條件下熱分解HTLcs后，其產(chǎn)物L(fēng)DO在一定的濕度(或水)和CO2(或碳酸鹽)條件下，可以恢復(fù)形成HTLcs，既所謂的“記憶”功能。這種性質(zhì)主要由焙燒溫度決定。當(dāng)分解溫度T>723K時(shí)，就會(huì)失去記憶效應(yīng)。在HTLcs結(jié)構(gòu)重組過(guò)程中，其組成元素是關(guān)鍵影響因素，在低溫分解形成的準(zhǔn)無(wú)定形混合氧化物能夠

70、結(jié)構(gòu)重組，已有對(duì)Zn-Al-LDHs，Mg-Al-LDHs結(jié)構(gòu)重組研究的報(bào)道。另外，pH也影響記憶效應(yīng)，Koolietal在1995年指出焙燒溫度627-823K形成的Ni-Al氧化物在水中不能結(jié)構(gòu)重組，但在Decavana-date酸溶液就能結(jié)構(gòu)重組。這是由于在酸性介質(zhì)中，焙燒所得的無(wú)定形相能夠溶解，復(fù)合氧化</p><p>　　1.4.4 組成和結(jié)構(gòu)的可調(diào)控性</p><p>　　由于

71、LDHs沒(méi)有固定的化學(xué)組成，其主體層板的元素種類及組成比例、層間陰離子的種類及數(shù)量、二維孔道結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要在寬范圍調(diào)變，從而獲得具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的材料。LDHs組成和結(jié)構(gòu)的可調(diào)變性以及由此所導(dǎo)致的多功能性，使LDHs成為一類極具研究潛力和應(yīng)用前景的新型材料。</p><p>　　1.4.5 酸堿雙功能性</p><p>　　類水滑石類化合物首先具有的性質(zhì)是堿性。由于HTLcs的層板由鎂

72、八面體和鋁氧八面體組成，</p><p>　　其層板上含有堿性位，所以具有堿催化和吸附酸的能力。不同的HTLcs的酸堿性強(qiáng)弱與組成中二價(jià)</p><p>　　和三價(jià)金屬氫氧化物的酸堿性強(qiáng)弱有關(guān)，柱撐水滑石的酸堿有時(shí)與層間陰離子有關(guān)。</p><p>　　1.4.6 插層功能</p><p>　　可以將各種功能的陰離子，如無(wú)機(jī)和有機(jī)陰離子、同多

73、和雜多陰離子以及配位化合物的陰離子</p><p>　　插層進(jìn)入層間，從而使HTLcs成為具有不同應(yīng)用性能的層狀材料。也可以用體積較大的陰離子取代</p><p>　　體積較小的陰離子，調(diào)整HTLcs的層間距，以期獲得各種應(yīng)用功能。</p><p>　　1.4.7 電化學(xué)性能</p><p>　　如果用過(guò)渡金屬作為L(zhǎng)DHs的層板組成元素，在發(fā)

74、生化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程中，會(huì)有電子得失，因而</p><p>　　LDHs有可能在電化學(xué)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。此外，徐芳等發(fā)現(xiàn)鎳鋁水滑石作為電化學(xué)活性物質(zhì)用于修飾玻碳電極具有較好的電化學(xué)行為。另一方面，水滑石層板帶正電荷需要層間陰離子來(lái)平衡。</p><p>　　1.5 研究目的及意義</p><p>　　目前對(duì)陰離子吸附材料的研究文獻(xiàn)有很多，主要表現(xiàn)在活性炭，陰離子交換

75、纖維和高嶺土等方面，但傳統(tǒng)的陰離子吸附材料吸附容量小、成本高、選擇性差、再生困難，因此，開發(fā)新型陰離子吸附劑成為目前研究的重點(diǎn)。水滑石類材料作為吸附劑在環(huán)境中的應(yīng)用正成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，同時(shí)，水滑石材料在吸附陰離子方面具有材料制備簡(jiǎn)單、吸附操作條件易控制、吸附效果好、重復(fù)利用率高、無(wú)二次污染，兼有高效廉價(jià)、離子交換容量大、耐高溫、耐輻射等多方面優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　本次實(shí)驗(yàn)選定碘離子作為吸附對(duì)象是因?yàn)楫?dāng)濃

76、度高于一定量時(shí)它們都對(duì)人體具有危害。碘是國(guó)家重要的戰(zhàn)略物資。由此看來(lái)，水滑石類材料對(duì)碘離子的吸附富集具有重要理論和實(shí)際應(yīng)用意義，其研究的深度和廣度有待于進(jìn)一步的加強(qiáng)。</p><p><b>　　1.6 研究?jī)?nèi)容</b></p><p>　?。?）采用共沉淀法在不同的控制條件下合成了鎂鋁型水滑石材料。</p><p>　　（2）研究制備的水滑石

77、材料對(duì)碘離子的吸附性能。對(duì)比水滑石不同配比對(duì)碘離子的最大飽和吸附量。在同等條件下,通過(guò)多組單因子對(duì)照實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鎂鋁型水滑石摩爾比為n(Mg)/n(Al)=3:1時(shí)對(duì)碘離子的吸附性能較好，具備較好的吸附效果，因此我們制定了重點(diǎn)研究鎂鋁水滑石摩爾比為n(Mg)/n(Al)=3:1時(shí)對(duì)碘離子吸附性能的實(shí)驗(yàn)方案。</p><p>　?。?）通過(guò)對(duì)照實(shí)驗(yàn)討論鎂鋁水滑石投加量、pH、吸附時(shí)間以及吸附溫度等因素對(duì)水滑石吸附性能

78、的影響，并因此確定水滑石對(duì)碘離子的最大飽和吸附量及吸附等溫線，同時(shí)運(yùn)用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法得出影響鎂鋁水滑石對(duì)碘離子吸附的各種因素影響程度大小，進(jìn)一步得出最佳吸附條件和吸附量。</p><p>　?。?）通過(guò)對(duì)流速的控制，和研究不同吸附層高度的實(shí)驗(yàn)，來(lái)確定動(dòng)態(tài)吸附的飽和吸附量以及繪制穿透曲線。</p><p>　?。?）對(duì)共沉淀法制備水滑石材料進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)技術(shù)可行性分析，為工業(yè)化應(yīng)用進(jìn)行探

79、索。</p><p><b>　　1.7 研究方法</b></p><p>　　1.7.1 合成方法</p><p>　　目前合成水滑石的實(shí)驗(yàn)方法主要有共沉淀法、離子交換法、水熱法、N2保護(hù)合成法、成核-晶化隔離法等[21]幾種。</p><p>　　（1）低飽和共沉淀法。低飽和共沉淀法，按照一定的比例，將金屬硝酸鹽溶液

80、配成一定濃度的混合鹽溶液（SolS），將NaOH和Na2CO3按照一定比例的配成混合堿溶液（SolB），在大燒杯中預(yù)先裝入一定量的蒸餾水，加熱至一定的溫度，將SolS和SolB按一定的滴速同時(shí)滴入大燒杯中，維持反應(yīng)體系的pH為一恒定值，劇烈攪拌。滴定完畢后，繼續(xù)攪拌晶化，最后經(jīng)過(guò)濾、洗滌、烘干，得產(chǎn)物。此合成方法是水滑石合成中的一種常用方法。其中鎂鹽和鋁鹽可以采用硝酸鹽、硫酸鹽、氯化物等，堿可以采用氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水等，碳酸鹽可以

81、采用碳酸鈉、碳酸鉀等，也可以采用尿素代替堿和碳酸鹽。 （2）高過(guò)飽和共沉淀法。高過(guò)飽和共沉淀法，即將SolS和SolB各自預(yù)先加熱至反應(yīng)溫度，快速將兩種溶液同時(shí)倒入裝有預(yù)先加熱到和該溶液具有相同溫度的二次蒸餾水的大燒杯中，劇烈攪拌。 （3）水熱合成法。將SolS和SolB緩慢滴加在一起活著快速混合，將得到的漿狀液立即轉(zhuǎn)移至高壓釜中，在一定的溫度下（通常是100 °C）陳化較長(zhǎng)時(shí)間，最后經(jīng)過(guò)過(guò)濾、洗滌、干燥

82、、研磨得產(chǎn)品。此法特點(diǎn)是使水滑石的成核和晶化過(guò)程隔離開，并通過(guò)提高陳化</p><p>　　小結(jié)：根據(jù)以上的合成方法對(duì)比分析。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件、操作要求、經(jīng)濟(jì)可行性及工程推廣等因素綜合考慮，我們擬定了簡(jiǎn)便易行的共沉淀法合成水滑石材料的實(shí)驗(yàn)方案。下面對(duì)共沉淀法合成水滑石做一個(gè)的介紹：</p><p>　　共沉淀法是通過(guò)混合金屬鹽溶液與堿金屬氫氧化物的反應(yīng)來(lái)制備水滑石材料。首次合成水滑石是

83、用共沉淀法進(jìn)行的,共沉淀法也是合成水滑石的最常用的方法。其中金屬鹽可用硝酸鹽、硫酸鹽、氯化物和碳酸鹽等,堿可以用氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水等。共沉淀法按照過(guò)飽和度可分為低過(guò)飽和度法(PLS)及高過(guò)飽和度法(PHS)。低過(guò)飽和度法是將堿液緩慢加入到鹽混合溶液中,通過(guò)控制滴加速度來(lái)控制pH。而高過(guò)飽和度法是將混合溶液在劇烈攪拌下快速加入到堿液中。一般常用PLS法來(lái)制備類水滑石,因?yàn)橛肞HS法制備時(shí)往往由于攪拌速度跟不上沉淀速度,常會(huì)伴有氫氧化

84、物雜相的生成。按照pH來(lái)分,共沉淀法還包括變化pH共沉淀法和恒定pH共沉淀法。變化pH共沉淀法制備手續(xù)與PLS法相同,而恒定pH共沉淀法基本上與PHS法相同。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)中我們采用共沉淀法來(lái)合成水滑石材料還具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?。?）共沉淀法制備水滑石適用范圍廣，幾乎所有M2+和M3+的類水滑石都可用共沉淀法制備。</p><p&g

85、t;　?。?）對(duì)于同一種M2+和M3+體系，只要調(diào)整M2+和M3+的原料比，就可制備一系列[M2+]/[M3+]比值不同的類水滑石。</p><p>　?。?）對(duì)同一種M2+和M3+體系,可通過(guò)選擇原料陰離子的不同，制備一系列金屬離子相同而陰離子不同的水滑石。</p><p>　　1.7.2 分析方法</p><p>　　碘離子的測(cè)定采用GB/T8884-2007碘

86、化物的測(cè)定方法（淀粉分光光度法）(見附件一)。</p><p><b>　　2 實(shí)驗(yàn)部分</b></p><p>　　2.1 水滑石的吸附原理</p><p>　　早在1842年瑞典人Cicra發(fā)現(xiàn)了天然LDHs礦物—水滑石的存在[22]，二十世紀(jì)初人們就己發(fā)現(xiàn)了LDHs的加氫催化活性。1942年，F(xiàn)eitknecht等首次通過(guò)混合金屬鹽溶液與

87、堿金屬氫氧化物反應(yīng)合成了LDHs，并提出了所謂雙層結(jié)構(gòu)模型的設(shè)想。Allmmal等于1949年測(cè)定了LDHs單晶的結(jié)構(gòu)，首次確定了LDHs的層狀結(jié)構(gòu):它的結(jié)構(gòu)類似于水鎂石Mg(OH)2，由MgO6八面體共用棱形成單元層，位于層上的Mg2+可在一定范圍內(nèi)被半徑相似的A13+同晶取代，使得Mg2+、A13+、OH-層帶正電荷，層間可交換的陰離子CO32-與層上正電荷平衡，使得整體材料呈電中性。此外，層間存在一些以結(jié)晶水形式存在的水分子，這些

88、水分子可以在不破壞層狀結(jié)構(gòu)的條件下脫除。LDHs的化學(xué)組成具有如下通式:M2+1-xM3+x(OH)2(An-)x/n·mH2O，其中M2+和M3+分別為二價(jià)和三價(jià)金屬陽(yáng)離子，位于主體層板上；An-為層間陰離子；x為M3+/(M2++M3+)的摩爾比值；m為層間水分子的摩爾量。位于層板上的二價(jià)金屬陽(yáng)離子M2+可以在一定的比例范圍內(nèi)被離子半價(jià)相近的三價(jià)金屬陽(yáng)離子M3+同晶取代，</p><p>　　Fig

89、.1 Structure of hydrotalcite-like</p><p>　　由LDHs的結(jié)構(gòu)可知，其主要特征由Burciet層的性質(zhì)、水及陰離子的位置和類型以及層的堆積形式?jīng)Q定。位于層間的水、陰離子可以斷舊鍵而形成新鍵，使其在層間自由移動(dòng)。水和CO32-中的氧原子盡可能地通過(guò)層上OH-靠近或分散于對(duì)稱軸(相距約0.5×10-10m)，層上輕基與CO32-通過(guò)氫鍵相互聯(lián)接。在一定條件下熱分解的

90、水滑石材料，其產(chǎn)物重新吸附溶液中的水和陰離可以部分恢復(fù)原來(lái)的層狀結(jié)構(gòu)，以層狀氫氧化鎂鋁類水滑石為例，過(guò)程反應(yīng)方程式如下所示：</p><p>　　Mg1-xAlx(OH)2(CO3)x/2·yH2O→Mg1-xAlxO1+x/2+(x/2)CO2+(1+y)H2OMg1-xAlxO1+x/2+(x/n)An-+</p><p>　　(1+(x/2)+y)H2O→Mg1-xAlx(

91、OH)2(A)x/2·yH2O+xOH-</p><p>　　水滑石材料層間陰離子具有可交換性、熱穩(wěn)定性能、記憶效應(yīng)、組成和結(jié)構(gòu)的可調(diào)控性、阻燃性能及酸堿性等性質(zhì)。正是由于層間陰離子具有一定的遷移性和較強(qiáng)的可交換性，即處于結(jié)構(gòu)主體層之間的CO32-、Cl-、NO3-等陰離子可被環(huán)境中的其他陰離子置換，從而可以調(diào)變層間距。離子交換容量可達(dá)200-500cmol/kg，陰離子在層間的交換能力順序?yàn)椋?lt;

92、/p><p>　　CO32-＞SO42-＞HPO42-＞OH-＞F-＞Cl-＞Br-＞NO3-</p><p>　　在酸性溶液中，水滑石層間鹵素離子交換離子化學(xué)式為：</p><p>　　水滑石及類水滑石化合物因具有特殊的層狀結(jié)構(gòu)及物理化學(xué)性質(zhì)，在吸附、催化領(lǐng)域中占有重要位置，可以應(yīng)用到水處理技術(shù)等許多領(lǐng)域,逐漸成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。</p><

93、p><b>　　2.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備</b></p><p>　　2.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器</p><p>　　JJ-4A六聯(lián)同步自動(dòng)升降攪拌機(jī)（常州國(guó)華電器有限公司）；</p><p>　　FA2004B電子天平（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；</p><p>　　PHSC-3C酸度計(jì)（上海雷茲儀器廠）；</p>

94、;<p>　　HH-6恒溫?cái)嚢杷″?金壇市宏華儀器廠)；</p><p>　　ZXZ-1型旋片式真空泵（中國(guó)臨海市精工真空設(shè)備廠）；</p><p>　　722N可見分光光度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；</p><p>　　萬(wàn)用電爐（北京科偉永興儀器有限公司）；</p><p>　　燒杯、玻璃棒、容量瓶、移液管、錐形瓶等常

95、用玻璃儀器；</p><p>　　美國(guó)PerkinElmer FT-IR型傅里葉變換紅外光譜儀測(cè)定，掃描范圍400～4000cm-1。</p><p>　　2.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑</p><p>　?。?）水滑石合成試劑</p><p>　　硝酸鎂 Mg(NO3)2·6H2O 分析純 天津市雙船化學(xué)試劑廠 &l

96、t;/p><p>　　硝酸鋁 Al(NO3)3·9H2O 分析純 天津市天河化學(xué)試劑廠</p><p>　　硫酸鎂 MgSO4·7H2O 分析純 煙臺(tái)市雙雙化工有限公司</p><p>　　硫酸鋁 Al2(SO4)3·18H2O 分析純 天津市大茂化學(xué)試劑廠

97、</p><p>　　碳酸鈉 Na2CO3 分析純 天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所</p><p>　　氫氧化鈉 NaOH 分析純 天津市紅巖化學(xué)試劑廠</p><p>　?。?）碘離子濃度測(cè)定試劑</p><p>　　淀粉

98、分析純 天津市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠</p><p>　　磷酸 H3PO4 　　　分析純 天津市紅巖化學(xué)試劑廠 </p><p>　　甲酸鈉 NaCOOH 　　　分析純 天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所</p><p>　　碘化鉀 KI 　　　分析純 煙臺(tái)市雙雙化

99、工有限公司</p><p>　　液溴 Br2 　　　　分析純 天津市化學(xué)試劑六廠分廠</p><p>　　（3）實(shí)驗(yàn)試劑的配制</p><p>　?、?鹽酸溶液:濃度為0.5mol/L。</p><p>　?、?碘化鉀溶液:質(zhì)量濃度為50g/L，置于棕色瓶中,在避光處保存。</p><p&g

100、t;　?、?飽和溴水溶液：分析純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%(有毒液體,密封并在避光低溫處保存,使用時(shí)必須在通風(fēng)櫥內(nèi)操作)。</p><p>　?、?甲酸鈉溶液：質(zhì)量濃度為10g/L。</p><p>　?、?淀粉溶液：質(zhì)量濃度為10g/L。</p><p>　　稱取1.0 g可溶性淀粉,加少量水調(diào)成糊狀,在攪拌下注入100mL沸水,再微沸至溶液全部變澄清,冷至室溫靜置,使用上

101、層清液。</p><p>　?、?NaCl溶液：質(zhì)量濃度為305g/L。</p><p>　　稱取76.25g分析純的NaCl放入500mL燒杯中，緩緩加入約230mL熱水，邊加熱邊攪拌，直至完全溶解，冷至室溫，加水稀釋定容至250mL。</p><p>　　⑦ 碘儲(chǔ)備標(biāo)準(zhǔn)溶液：ρ(I-)=0.500g/L。</p><p>　　稱取120～

102、140℃烘干2h的分析純碘化鉀0.6540g溶于適量的水中，加水稀釋定容至1000mL。</p><p>　?、?碘工作標(biāo)準(zhǔn)溶液：ρ(I-)=10.00mg/L。移取碘標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液10.00mL，加水稀釋定容至500mL。</p><p>　　2.3 水滑石合成方法</p><p>　　2.3.1 鎂鋁型水滑石的合成工藝流程圖</p><p>

103、;　　圖2 鎂鋁水滑石的合成工藝流程圖</p><p>　　Fig.2 Synthesis process flow diagram of Mg-Al-LDHs</p><p>　　2.3.2 鎂鋁型水滑石的合成步驟(硝酸鎂/硝酸鋁)</p><p>　　鋁鎂水滑石利用共沉淀法制備。按n(Mg)/n(Al)的摩爾投料比為3:1配制成混合鹽溶液。稱取硝酸鎂（Mg(NO

104、3)2·6H2O）38.4615g和硝酸鋁（Al(NO3)3·9H2O）18.7565g，溶于400mL去離子水，配成鹽溶液。另稱取碳酸鈉（Na2CO3）10.599g和氫氧化鈉（NaOH）16g溶于300mL去離子水配成堿溶液。在充分?jǐn)嚢柘?，用堿性滴定管將堿溶液緩慢勻速加入到鹽溶液中，保持pH在9～10之間，滴定完畢后繼續(xù)攪拌30min，得到白色乳濁液。在恒溫水浴鍋中保持60℃，晶化16h，然后水洗抽濾，干燥，研磨

105、后即得摩爾比為3:1的硝酸型鎂鋁水滑石樣品，測(cè)得其產(chǎn)品重量為55.1524kg。合成水滑石的分子式為Mg6Al2(OH)20CO3·4H2O,記作Mg3Al-LDHs。</p><p>　　2.3.3 鎂鋁型水滑石的合成步驟(硫酸鎂/硫酸鋁)</p><p>　?、?摩爾配比為：nMg/nAl=2</p><p>　　實(shí)驗(yàn)步驟：鋁鎂水滑石利用共沉淀法制備。

106、按n(Mg)/n(Al)的摩爾投料比為2:1配制成混合鹽溶液。用分析天平準(zhǔn)確稱取硫酸鎂（MgSO4·7H2O）24.6470g、硫酸鋁（Al2(SO4)3·18H2O）16.6610g，溶于400mL去離子水，配成混合鹽溶液。另稱取無(wú)水碳酸鈉（Na2CO3）2.6497g和氫氧化鈉（NaOH）10.0g溶于300mL去離子水配成混合堿溶液。采用酸堿式滴定管將堿溶液與鹽溶液以一定的速度均勻混合，劇烈攪拌并控制pH在9～