層狀雙金屬氫氧化物的制備、表征及硫酸根和氟離子吸附性能研究.pdf

1、我國(guó)高硫酸根、高氟離子地下水分布范圍較廣，未經(jīng)處理直接飲用會(huì)引起健康問(wèn)題。《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)要求硫酸根濃度不超過(guò)250mg/L，氟含量應(yīng)小于1.0 mg/L。常規(guī)處理方法存在去除效率低、工藝流程長(zhǎng)、運(yùn)行和維護(hù)成本高等缺陷。吸附法因具有處理工藝簡(jiǎn)單、適應(yīng)范圍廣而受人重視，其中吸附材料是吸附污染控制技術(shù)的關(guān)鍵部分和核心基礎(chǔ)。層狀金屬氫氧化物作為典型的陰離子吸附劑在處理陰離子方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。因此本課題采用焙燒的

2、Mg/Fe層狀金屬氫氧化物處理硫酸根離子，淀粉穩(wěn)定化的Mg/Al層狀金屬氫氧化物處理氟離子，焙燒的Mg/Fe層狀金屬氫氧化物同時(shí)處理硫酸根離子和氟離子。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)采用共沉淀法制備了晶相單一的Mg/Fe層狀金屬氫氧化物(MgFeLDHs)，400℃焙燒后得到產(chǎn)物Mg/Fe CLDH。Mg/Fe LDHs和Mg/Fe CLDH用ICP、元素分析、XRD、FT-IR、TG-DSC、BET和SEM進(jìn)行表征。結(jié)果表

3、明:Mg/Fe LDHs具有典型的層狀結(jié)構(gòu)，Mg/Fe CLDH為金屬氧化物結(jié)構(gòu)。Mg/Fe CLDH比表面積和孔容都比Mg/Fe LDH有所增加，SEM顯示有微小團(tuán)聚。吸附實(shí)驗(yàn)表明Mg、Fe摩爾比為3∶1，焙燒溫度為400℃的Mg/Fe CLDH表現(xiàn)出高效的吸附硫酸根離子能力。等溫吸附研究表明Mg/Fe CLDH去除水體中硫酸根滿足Langmuir等溫吸附模型，說(shuō)明吸附過(guò)程為單層吸附。KL值大于0，表明吸附為優(yōu)先吸附。熱力學(xué)分析表明不

4、同溫度下吉布斯自由能△G0分別為-20.67 KJ/mol、-22.02 KJ/mol、-23.02 KJ/mol，說(shuō)明吸附過(guò)程是自發(fā)的;標(biāo)準(zhǔn)焓變△H0為15.01 KJ/mol，說(shuō)明反應(yīng)是吸熱的;標(biāo)準(zhǔn)熵變△S0為14.18 J/(mol·K)，說(shuō)明吸附時(shí)固液界面是隨機(jī)的。動(dòng)力學(xué)吸附表明Mg/FeCLDH去除水體中硫酸根滿足擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，反應(yīng)速率常數(shù)較小，說(shuō)明反應(yīng)很快。對(duì)應(yīng)吸附階段的活化能為74.25kJ/mol，說(shuō)明主要為化學(xué)反應(yīng)

5、控制。粒內(nèi)擴(kuò)散模型表明吸附包括從溶液相擴(kuò)散到吸附劑外表面的過(guò)程、緩慢的吸附過(guò)程和平衡過(guò)程三個(gè)階段，說(shuō)明Mg/Fe CLDH吸附模擬水中硫酸根是一復(fù)雜過(guò)程。吸附后的XRD和FT-IR表征表明Mg/Fe CLDH有效地吸附了硫酸根。在pH為3～11的變化過(guò)程中，CLDH對(duì)模擬水中硫酸根的吸附量隨pH的增大而不斷減小，但幅度不大，吸附結(jié)束后pH變?yōu)?1，表明發(fā)生了“記憶效應(yīng)”。
　　(2)首次將淀粉作為穩(wěn)定劑，采用共沉淀法穩(wěn)定化處理Mg

6、/Al LDHs(S-LDH)。Mg/Al LDHs和S-LDH采用XRD、FT-IR、TG-DSC、SEM和粒度分析等表征。粒徑分析表明S-LDH粒徑較Mg/Al LDHs合成粒度尺度更小，粒徑分布范圍更窄。吸附試驗(yàn)表明淀粉含量為10mg時(shí)S-LDH吸附氟離子的能力高于沒(méi)有穩(wěn)定化的Mg/Al LDHs吸附氟離子的能力。等溫吸附研究表明，S-LDH去除模擬水中氟離子滿足Langmuir等溫吸附模型，去除天然水中氟離子滿足Freundli

7、ch等溫吸附模型，表明模擬水中氟離子和天然水中氟離子具有不同的吸附過(guò)程，這與天然水中存在的共存離子干擾有關(guān)。S-LDH去除模擬水中氟離子熱力學(xué)分析表明吸附過(guò)程是自發(fā)的，反應(yīng)是吸熱的，吸附時(shí)固液界面是隨機(jī)的。吸附動(dòng)力學(xué)滿足擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)。S-LDH吸附氟離子的過(guò)程是一復(fù)雜過(guò)程，包括離子交換和表面吸附。
　　(3) Mg/Fe CLDH同時(shí)去除模擬水中硫酸根和氟離子的性能表明，pH值對(duì)模擬水中硫酸根去除的影響小于對(duì)氟離子的影響。等溫吸附