Zn-LDHs改性沸石的制备、表征及其对Cr(Ⅵ)的净化效果研究

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随着工业技术的发展,越来越多的重金属废水排入自然水体,其中铬污染是最为常见的水体重金属污染之一。由于其毒性大,难以生物降解,通过食物链最终富集到人体会引起多种疾病,乃至死亡,因此含铬废水的处理已成为该领域的研究重点。人工湿地技术具有能耗低、简单易操作、运行费用低、处理效果好等优点,但常用天然基质对铬的吸附极易达到饱和,因此如何选取一种高效、吸附容量大,且能防止发生堵塞等问题的基质成为急需解决的难题。层状双金属氢氧化物(LDHs)具有良好的除铬性能,常被用做除铬的吸附剂,但由于其粉末状,不易固液分离的特点,难以应用于实际人工湿地工程中。现选取人工湿地常用的沸石作为原始基质,利用共沉淀法合成4种不同类型的ZnAl-LDHs(Cl-LDHs(1:1),Cl-LDHs(3:1),CO3-LDHs(1:1),CO3-LDHs(3:1)),并覆膜于原始沸石表面得到不同Zn-LDHs覆膜改性沸石基质。对改性前后的沸石基质进行物化特性检测、表征与分析;利用小试模型进行改性基质与原始基质对含铬废水的净化效果实验,考察反应条件(投加量,pH值,温度和竞争离子)对改性沸石基质除铬性能的影响。研究结果表明:通过场发射扫描电镜(FE-SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)以及傅里叶红外光谱分析(FT-IR)等4种材料学表征手段分析可得,原始沸石经过ZnAl-LDHs覆膜改性后,表面形貌发生巨大变化,改性沸石表面检测出ZnAl-LDHs具有的特征元素;改性沸石脱膜样品的XRD分析中既出现了LDHs的特征峰,又出现了SiO2晶体的特征峰,且在FT-IR的检测中发现,改性沸石脱膜后样品中检测出LDHs所特有的官能团振动吸收峰;以上结果均证实了ZnAl-LDHs的合成并已将其成功覆膜于原始沸石表面。净化实验结果显示,ZnAl-LDHs覆膜改性可有效提高原始沸石对铬的净化效果,其中提升效果最为优异的是Cl-LDHs(3:1)覆膜改性方式。通过除铬效果影响因素的研究进一步表明,Cl-LDHs(3:1)改性沸石对铬的吸附效果最好,且在pH值为弱酸性时对铬的吸附量达到最高;改性沸石对铬的吸附量随温度的升高而增加,原始沸石则相反;共存离子对改性沸石除铬性能的影响从高到底排序为:PO43->SO42->Mg2+>Ca2+;同时,Cl-LDHs(3:1)覆膜改性有效的增强了原始沸石的再生能力。综上所述,通过水浴共沉淀法合成ZnAl-LDHs覆膜沸石的方法是有效的,且Cl-LDHs(3:1)改性沸石除铬性能最佳,可推荐用于实际人工湿地除铬工程中。
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