硫代乳酸/水滑石吸附光催化同步去除重金属与染料的研究

来源 :武汉纺织大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bcdagjcly
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水体中重金属与染料的混合污染物对人体和生态系统构成了严重的威胁,这已成为一个亟待解决的全球性问题。目前,大量工艺方法已被应用于污染水体的修复。其中,吸附法具有操作简单、吸附效果好等优点,被认为是水体污染物处理的有效方法。然而,传统吸附剂在处理过程中存在重复利用性低和回收处理难的问题,因此,有研究者提出由废弃吸附剂向光催化剂转化的策略,实现吸附剂循环利用的同时有效去除水体中混合污染物。水滑石类化合物(LDH)作为一种具有组成和结构可调控性的阴离子层状纳米材料,自身兼具吸附和催化特性,在环保、医疗、生物等领域有着潜在的应用价值。本文选取硫代乳酸(MPA)插层Mg Al/LDH,利用吸附Hg2+、Pb2+和Cu2+过程中受LDH层板碱性中心催化在层间原位生成的高度分散的金属硫化物纳米颗粒(NPs),为降解染料提供的良好的光催化活性,实现同步去除水体中重金属与染料混合污染物。首先利用共沉淀法合成了硫代乳酸插层水滑石复合材料(MPA/LDH),通过XRD、FT-IR、SEM、BET、接触角等表征手段对材料的结构性能进行表征,结合理论计算方法探究了LDH层板与插层阴离子之间的相互作用机制;其次,将MPA/LDH用于含Hg2+、Pb2+和Cu2+污水的吸附实验中,考察了投加量、溶液初始p H以及竞争吸附对MPA/LDH吸附性能的影响,通过吸附等温线、动力学以及热力学拟合描述Hg2+、Pb2+和Cu2+在MPA/LDH上的吸附行为,测试了吸附剂的循环再生性能,揭示其吸附机理;最后,利用吸附重金属离子过程中,受LDH层板碱性中心催化在层间原位生成的金属硫化物纳米颗粒(NPs)作为光催化剂降解亚甲基蓝(MB)染料,并考察了在可见光照射下MPA/LDH同时处理废水中重金属与染料混合污染物的能力。实验结果显示:MPA能够成功进入LDH层间,改性后的MPA/LDH对Hg2+、Pb2+和Cu2+表现出良好的吸附性能。当吸附剂剂量为0.2 g/L、p H值为5.5时,经Langmuir吸附等温线拟合出MPA/LDH对Hg2+、Pb2+和Cu2+的理论最大吸附量分别为250.30、122.10和105.33 mg/。经探究,重金属离子与S-S、COO-基团之间的内层表面络合是提升吸附性能的主要原因。此外,MPA/LDH表面的电荷特性和润湿性也增强了MPA/LDH对三种离子的吸附性。吸附Hg2+、Pb2+和Cu2+过程中,在LDH层间自发形成的具有高度分散性和合适能带结构的金属硫化物NPs为降解MB染料提供了良好的光催化活性。三者中,MPA/LDH-Hg S对MB的光降解性能最好,经3 h可见光照射后的去除率为99.2%。值得注意的是,MPA/LDH能够在可见光照射下同时去除染料与重金属离子。该工作不仅为废弃吸附剂向光催化剂的转化提供了环保性策略,还实现了水体中重金属与染料混合污染物的同步去除,具有广阔的工业应用前景。
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