有机改性水滑石吸附水中刚果红的研究

来源 :湖南大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:fq8628
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本研究首先采用化学共沉淀法制备晶相纯净的镁铝水滑石(Mg Al-LDH),而后使用阴离子表面活性剂(SDS)和硅烷偶联剂(KH151)对水滑石进行有机化以及表面改性,增加其疏水性,最后采用原位共聚的方式在水滑石表面枝接聚丙烯酰胺(PAM)形成高效复合吸附剂聚丙烯酰胺/阴离子表面活性剂水滑石(PAM/SDS-LDH)对水中典型有机染料刚果红(CR)进行吸附实验。研究利用扫描电镜(SEM)、X射线(XRD)、红外光谱(FTIR)、氮气吹脱(BET)和接触角表征技术对聚丙烯酰胺/阴离子表面活性剂水滑石(PAM/SDS-LDH)的物理化学性能进行表征。通过摇床实验系统地考察了染料初始p H分别对水滑石(LDH),阴离子表面活性剂水滑石(SDS-LDH)和聚丙烯酰胺/阴离子表面活性剂水滑石(PAM/SDS-LDH)吸附刚果红的影响,除此之外,本研究还对三种吸附剂吸附刚果红的动力学、热力学进行了系统地研究。最后本研究对新型高效吸附剂聚丙烯酰胺/阴离子表面活性剂水滑石(PAM/SDS-LDH)的吸附机理进行了探讨,从多个角度对吸附剂对染料的吸附机理进行了深入研究。吸附剂的表征结果表明:聚丙烯酰胺/阴离子表面活性剂水滑石(PAM/SDS-LDH)复合吸附剂表面聚丙烯酰胺(PAM)通过Si-O-Si键与水滑石(LDH)牢固连接,复合材料比表面积高达35.49 m2/g,而水滑石(LDH)和SDS-LDH仅为6.04和8.17 m2/g,这为新型吸附剂吸附去除水中有机染料提供了巨大优势。XRD测试显示复合材料依然具有水滑石(LDH)的特征峰,表明PAM/SDS-LDH制备过程并未破坏水滑石(LDH)的层状结构,FTIR结果表明,复合吸附剂表面具有水滑石(LDH)、阴离子表面活性剂(SDS)、硅烷偶联剂(KH151)以及聚丙烯酰胺(PAM)的特征吸收峰。接触角测试表明有机改性后的吸附剂疏水性明显增强,有利于富集水中有机污染物。等电点测试表面复合吸附剂的等电点为10.02。小试摇床实验结果表明,复合吸附剂聚丙烯酰胺/阴离子表面活性剂水滑石(PAM/SDS-LDH)以及有机改性中间体吸附剂阴离子表面活性剂水滑石(SDS-LDH)对刚果红(CR)的吸附受p H值的影响较小,当p H=4.0~10.0,吸附饱和时间为300min时,三种吸附剂的最佳吸附p H都为5,在此p H下,聚丙烯酰胺/阴离子表面活性剂水滑石(PAM/SDS-LDH)、阴离子表面活性剂水滑石(SDS-LDH)、水滑石(LDH)对刚果红(CR)的最大吸附量分别为384.96、327.70、213.61 mg/g,此后随着p H的增大,三种吸附剂对污染物的吸附效果逐渐降低,即使如此,当p H为10时,聚丙烯酰胺/阴离子表面活性剂水滑石(PAM/SDS-LDH)依然保持着300.22 mg/g的吸附量,阴离子表面活性剂水滑石(SDS-LDH)的吸附量为267.50 mg/g,而水滑石(LDH)仅为93.98 mg/g。再生实验表明,经过三次再生之后,阴离子表面活性剂水滑石(SDS-LDH)最大吸附量从333.60降低到165.91 mg/g,聚丙烯酰胺/阴离子表面活性剂水滑石(PAM/SDS-LDH)最大吸附量从452.58降低到175.91 mg/g,均强于未改性的水滑石(LDH)。动力学研究表明吸附剂对污染物的吸附满足二级反应动力学模型因此阴离子表面活性剂水滑石(SDS-LDH)对刚果红(CR)的吸附机理主要为离子交换和疏水作用力,而聚丙烯酰胺/阴离子表面活性剂水滑石(PAM/SDS-LDH)对刚果红(CR)的吸附机理包括静电吸附,离子交换,疏水作用力。此外本研究还对吸附过程进行了热力学拟合,拟合结果表明吸附剂对刚果红的吸附符合Langmuir等温模型,三种吸附剂对刚果红(CR)的吸附都表现为吸热自发过程,当p H=5,吸附温度为298K、313K和328K时阴离子表面活性剂水滑石(SDS-LDH)的理论吸附量可以分别计算为714.29、833.31和909.10 mg/g,聚丙烯酰胺/阴离子表面活性剂水滑石(PAM/SDS-LDH)的理论最大吸附量分别为1118.78 1377.39和1427.98 mg/g。
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