功能化磁性LDH對(duì)水中重金屬及染料的去除作用研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，染料和重金屬?gòu)U水的污染越來(lái)越嚴(yán)重，而吸附法是一種常見(jiàn)的水處理方法，尋找一種價(jià)廉易得的高效吸附劑，成為國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)。LDH（layered double hydroxide）是一種層柱狀雙金屬氫氧化物，是近年來(lái)發(fā)展迅速的一類新型無(wú)機(jī)納米材料，由于其特殊的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，使得該類化合物在吸附領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文合成并表征了磁性和功能化 LDH，并采用靜態(tài)的批次吸附實(shí)驗(yàn)對(duì)水中的染料和重金屬進(jìn)行去除

2、，研究結(jié)果如下：
　　（1）采用低飽和共沉淀法成功制備了Mg-Al-LDH，進(jìn)行了X射線衍射（XRD）、比表面積測(cè)定（BET）、紅外光譜（FTIR）、掃描電鏡（SEM）、X射線光電子能譜（XPS）和Zeta電位等表征。結(jié)果表明該Mg-Al-LDH晶型良好，為典型的六邊形層狀結(jié)構(gòu)，比表面積為104 m2/g，紅外光譜峰中具有 LDHs的特征光譜。能有效地去除水中活性紅（RR）、剛果紅（CR）和偶氮熒光桃紅（AR1）三種紅色染料，最佳

3、吸附用量為0.10 g，吸附時(shí)間為60 min。在pH<10時(shí)，pH對(duì)三者的吸附效果均無(wú)明顯影響。吸附動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)均符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。吸附等溫線符合 Langmuir吸附等溫式，飽和吸附量分別為59.49、37.16和108.0 mg/g，吸附機(jī)理為靜電吸附和離子交換。
　?。?）采用溶劑熱法合成了 Fe3O4納米顆粒，然后采用共沉淀法合成了一種新型的磁性 Fe3O4@Mg-Al-LDH復(fù)合材料，進(jìn)行了 XRD、BET、FTIR

4、、TEM（透射電鏡）、VSM（振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)）和Zeta電位等表征，用于去除水中的三種紅色染料（RR、CR和AR1）。表征結(jié)果表明Fe3O4@Mg-Al-LDH是Mg-Al-LDH和Fe3O4以物理方式結(jié)合而形成的復(fù)合納米材料，具有超順磁性。吸附實(shí)驗(yàn)研究表明該磁性復(fù)合材料對(duì)三種染料的吸附效果良好，且吸附速率很快，30 min即可達(dá)到吸附平衡，吸附動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)均符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。在pH為2-10時(shí)，pH值對(duì)吸附效果沒(méi)有明顯的影響。在等溫

5、線方面，對(duì)RR的吸附符合Langmuir吸附等溫式，對(duì)CR和AR1的吸附則符合Freundlich吸附等溫式。而且對(duì)RR和CR的吸附是自發(fā)的吸熱反應(yīng)，對(duì)AR1的吸附則是自發(fā)的放熱反應(yīng)。此外，磁性Fe3O4@Mg-Al-LDH對(duì)RR、CR和AR1的最大吸附量高達(dá)97、253和92 mg/g，且能夠通過(guò)磁分離實(shí)現(xiàn)快速的固液分離，表明磁性Fe3O4@Mg-Al-LDH對(duì)水中的RR、CR和AR1是一種高效的易于分離的吸附劑。
　?。?）開(kāi)

6、展了Mg-Al-LDH和Fe3O4@Mg-Al-LDH去除溶液中的Cd2+的性能與機(jī)理研究。這兩種吸附劑都能夠有效的去除溶液中的Cd2+，在不同溫度下，二者的吸附量可達(dá)到61.4-70.2 mg/g和45.6-54.7 mg/g。吸附動(dòng)力學(xué)和等溫線均分別符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和Langmuir吸附等溫線，且吸附過(guò)程都是自發(fā)的吸熱反應(yīng)。采用XRD和FTIR手段詳細(xì)分析了吸附機(jī)理，結(jié)果表明Mg-Al-LDH和Fe3O4@Mg-Al-LDH對(duì)C

7、d2+的吸附是通過(guò)表面吸附、生成CdCO3沉淀和外層表面絡(luò)合物而發(fā)生的。且Fe3O4和Mg-Al-LDH的結(jié)合能夠使得粉末狀吸附劑在外加磁場(chǎng)的作用下從溶液中快速分離。
　?。?）采用低飽和共沉淀法成功制備了海藻酸鈉（SA）插層的Mg-Al-SA-LDH納米材料，表征結(jié)果表明該方法成功將SA插入到Mg-Al-LDH中。Mg-Al-SA-LDH對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附能力明顯高于未負(fù)載SA的Mg-Al-LDH，最佳吸附劑用

8、量為0.05 g，吸附時(shí)間分別為120 min、240 min和90 min，均符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，吸附速率大小順序?yàn)镻b2+