铜基层状化合物的制备工艺及去除不同形态碘的研究

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工业生产的不断发展造成水体中的碘浓度升高,产生了一定的碘污染。碘是人体的必须元素,但过量的碘会在甲状腺富集,对人体造成伤害。而放射性碘会加剧碘污染的严重程度。所以,开发新型、专属的碘吸附材料具有重要的环境保护意义。层状金属氢氧化物是一种新兴的超分子材料,由于其独特的层状结构和物理化学性质,作为吸附剂,特别是阴离子的吸附剂具有特别的优势。现有层状金属化合物的研究多为双金属氢氧化物,其中对碘的吸附去除研究不多,已经报道的对碘离子,碘酸根的吸附容量也很低,特别是对甲基碘的吸附去除少见报道。因此,本研究用共沉淀法制备了铜基层状金属化合物(Cu/Mg/Al-LDHs),通过研究其焙烧后的产物(Cu/Mg/Al-CLDH)对碘的吸附性能和吸附机理,为铜基层状化合物应用于碘污染废水的治理提供有实际意义的技术支撑,主要的研究工作及成果有:(1)采用共沉淀法制备了Cu/Mg/Al-LDHs,得到最佳的制备工艺为:Mg/Al摩尔比为3:1,混合镁铝盐溶液150m L,0.4mol/L的Cu2+溶液加入量为5m L,0.25mol/L碳酸钠溶液300m L。混合盐溶液以23秒1滴的速度缓慢滴加到碳酸钠溶液中,约2h滴加完,用1mol/L的HNO3和1mol/L的NaOH调节溶液的pH值为9-10,室温下反应,60℃下陈化24h。抽滤、洗涤、烘干。对制备后的Cu/Mg/Al-LDHs,于400℃马弗炉中焙烧3h,得到焙烧产物Cu/Mg/Al-CLDH。通过FT-IR、XRD、SEM、BET、TG-DTG对制备Cu/Mg/Al-LDHs和Cu/Mg/Al-CLDH材料进行表征,结果显示:制备的材料具有典型的层状结构,表面较均匀,并具有多孔结构,通过在不同温度下的焙烧,层状结构逐渐消失,但保留了层板结构,吸附碘后层状结构得以恢复。(2)研究了Cu/Mg/Al-CLDH对I-、IO3-、CH3I吸附性能,Cu/Mg/Al-CLDH对I-的吸附最佳条件为:吸附时间60min,固液比为1:250,吸附温度为35℃,吸附pH为7。Cu/Mg/Al-CLDH对IO3-的吸附最佳条件为:吸附时间120min,固液比为1:250,吸附温度为室温,吸附pH为7。Cu/Mg/Al-CLDH对CH3I的吸附最佳条件为:吸附时间30min,固液比为1:250,吸附温度为室温,吸附pH为8。在最佳吸附条件下,Cu/Mg/Al-CLDH对I-、IO3-、CH3I的饱和吸附量分别为279.15mg/g,265.90mg/g,200.92mg/g,远高于Mg/Al-CLDH对I-、IO3-、CH3I的吸附容量。(3)探讨了Cu/Mg/Al-CLDH对I-、IO3-、CH3I的吸附机理。Cu/Mg/Al-CL DH对I-、IO3-、CH3I的吸附均符合Langmuir等温方程和Freundlich等温方程。吸附过程包括静电作用,也包含化学反应。Cu/Mg/Al-CLDH对IO3-、CH3I、I-的吸附作用力大小顺序和吸附难易顺序为I->IO3->CH3I。
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