功能化磁性LDH對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，染料和重金屬廢水的污染越來越嚴重，而吸附法是一種常見的水處理方法，尋找一種價廉易得的高效吸附劑，成為國內(nèi)外研究的重點。LDH（layered double hydroxide）是一種層柱狀雙金屬氫氧化物，是近年來發(fā)展迅速的一類新型無機納米材料，由于其特殊的結構和理化性質，使得該類化合物在吸附領域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。
　　本文合成并表征了磁性和功能化 LDH，并采用靜態(tài)的批次吸附實驗對水中的染料和重金屬進行去除

2、，研究結果如下：
　?。?）采用低飽和共沉淀法成功制備了Mg-Al-LDH，進行了X射線衍射（XRD）、比表面積測定（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。結果表明該Mg-Al-LDH晶型良好，為典型的六邊形層狀結構，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，吸附時間為60 min。在pH<10時，pH對三者的吸附效果均無明顯影響。吸附動力學數(shù)據(jù)均符合擬二級動力學模型。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復合材料，進行了 XRD、BET、FTIR

4、、TEM（透射電鏡）、VSM（振動樣品磁強計）和Zeta電位等表征，用于去除水中的三種紅色染料（RR、CR和AR1）。表征結果表明Fe3O4@Mg-Al-LDH是Mg-Al-LDH和Fe3O4以物理方式結合而形成的復合納米材料，具有超順磁性。吸附實驗研究表明該磁性復合材料對三種染料的吸附效果良好，且吸附速率很快，30 min即可達到吸附平衡，吸附動力學數(shù)據(jù)均符合擬二級動力學模型。在pH為2-10時，pH值對吸附效果沒有明顯的影響。在等溫

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

6、展了Mg-Al-LDH和Fe3O4@Mg-Al-LDH去除溶液中的Cd2+的性能與機理研究。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，二者的吸附量可達到61.4-70.2 mg/g和45.6-54.7 mg/g。吸附動力學和等溫線均分別符合擬二級動力學模型和Langmuir吸附等溫線，且吸附過程都是自發(fā)的吸熱反應。采用XRD和FTIR手段詳細分析了吸附機理，結果表明Mg-Al-LDH和Fe3O4@Mg-Al-LDH對C

7、d2+的吸附是通過表面吸附、生成CdCO3沉淀和外層表面絡合物而發(fā)生的。且Fe3O4和Mg-Al-LDH的結合能夠使得粉末狀吸附劑在外加磁場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，表征結果表明該方法成功將SA插入到Mg-Al-LDH中。Mg-Al-SA-LDH對Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附能力明顯高于未負載SA的Mg-Al-LDH，最佳吸附劑用

8、量為0.05 g，吸附時間分別為120 min、240 min和90 min，均符合擬二級動力學模型，吸附速率大小順序為Pb2+