阳离子黏土对水滑石结构和有机阴离子染料吸附性能的影响

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随着印染工业的迅速发展,染料废水的排放逐年增多,染料废水的净化处理备受关注。吸附法是处理印染工业废水最重要的方法之一,水滑石类化合物(LDH)因其特殊的层状结构和性质,被广泛用作吸附剂去除水中的有机阴离子污染物。本文通过在镁铝水滑石(Mg3Al-LDH)和锌铬水滑石(Zn2Cr-LDH)的合成体系中掺入阳离子黏土,制备了阳离子黏土/LDH复合材料,采用XRD、FTIR、SEM等手段表征了吸附材料的微观结构变化,并探讨了不同吸附材料对模拟有机废水甲基橙(MO)溶液的吸附性能。其主要研究成果如下:(1)利用共沉淀法制备了Mg Al-LDH吸附剂,探究了合成条件(Mg2+/Al3+摩尔比、溶液p H值、NO3-、CO32-、SO42-、Cl-等层间阴离子)及吸附条件对Mg Al-LDH微观结构和吸附性能的影响,并通过吸附动力学、等温吸附效应、吸附剂吸附前后的结构变化确定了Mg Al-LDH的吸附机理。当Mg2+/Al3+摩尔比为3:1、合成溶液p H值为12、层间阴离子为Cl-时,LDH的结晶度较高、层间距(d003)较大、纳米片尺寸较小,且具有明显蜂窝状结构;在22℃、p H=7的条件下,该吸附剂对MO的最大吸附量为5592.0 mg/g。Mg3Al-Cl LDH对MO的吸附行为符合准二级动力学模型,MO分子呈单层吸附。溶液中MO的去除主要依靠MO分子和Mg3Al-Cl LDH层间Cl-之间的离子交换来实现。Mg3Al-Cl LDH是一种具有较高吸附量、稳定性强的吸附剂。(2)利用共沉淀法在Mg3Al-Cl LDH的合成体系中加入阳离子黏土蒙脱土(MMT)和高岭土(Kaol)制备了两种阳离子黏土/Mg3Al-Cl LDH复合材料,探究了阳离子黏土的添加对LDH微观结构及吸附性能的影响,并通过吸附动力学、等温吸附效应、吸附剂吸附前后的结构变化确定了阳离子黏土/Mg3Al-Cl LDH的吸附机理。阳离子黏土添加量为0.5 g时,在22℃、p H=7的条件下,MMT/Mg3Al-Cl LDH和Kaol/Mg3Al-Cl LDH复合材料的吸附量分别为4483.0 mg/g、4206.5 mg/g。阳离子黏土/Mg3Al-Cl LDH复合材料对MO的吸附行为均符合准二级动力学模型,MO分子在吸附剂表面呈单层吸附,主要受离子交换作用控制。(3)在课题组前期研究的基础之上,利用共沉淀法制备了阳离子黏土/Zn2Cr-LDH复合材料,探究了阳离子黏土的添加对LDH微观结构和吸附性能的影响,并通过吸附动力学、等温吸附效应以及吸附前后结构的变化确定了阳离子黏土/Zn2Cr-LDH的吸附机理。当MMT和Kaol添加量分别为0.3 g、1.0 g时,在25℃、p H=7的条件下,MMT/Zn2Cr-LDH复合材料、Kaol/Zn2Cr-LDH复合材料对MO的吸附量分别为4103.5mg/g、3801.5 mg/g。两种复合材料的吸附量与Zn2Cr-LDH(2522.0 mg/g)相比有了显著提高。两种复合材料对MO的吸附行为均符合准二级动力学模型,MO分子均呈多层吸附,主要受离子交换作用控制。MMT/Zn2Cr-LDH复合材料、Kaol/Zn2Cr-LDH复合材料经连续4次光催化再生对MO的吸附效率分别高达90.48%、89.66%。该阳离子黏土/Zn2Cr-LDH复合材料是一种具有较高吸附量、高循环稳定性、可绿色再生的有机阴离子染料的吸附剂。(4)阳离子黏土(MMT、Kaol)添加后,Mg3Al-LDH复合体系的吸附能力由5592.0mg/g分别降至4483.0 mg/g和4206.5 mg/g,吸附能力略有下降。但阳离子黏土的引入,复合材料体系中Mg3Al-Cl LDH含量降低了25%,在保留较高吸附容量的同时,显著降低了吸附剂的制备成本。然而,添加MMT和Kaol的Zn2Cr-LDH复合体系的吸附量由2522.0 mg/g分别增至4103.5 mg/g和3801.5 mg/g,吸附能力有了显著提高,且复合吸附剂的制备成本也得到显著降低;阳离子黏土/Zn2Cr-LDH复合材料是一种高吸附量、可光催化有效再生,循环稳定性强的一种综合性吸附剂。本文通过共沉淀法制备的阳离子黏土/LDH复合材料,具有吸附量高、循环稳定性强、可绿色再生的特点,对水溶液中的有机阴离子染料的去除效果优异,为有机阴离子污染物的去除提供了有力的理论依据。图48幅,表12个,参考文献140篇。
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