目录
摘要Ⅱ
关键词Ⅱ
ABSTRACTⅢ
KEY WORDSⅢ
引言1
1 材料与方法3
1.1 试剂与仪器 3
1.1.1 实验试剂3
1.1.2 实验仪器3
1.2 材料制备 4
1.3 静态吸附实验 4
1.4 脱附和循环实验 5
2 结果与分析5
2.1 材料表征5
2.1.1 SEM图像 5
2.1.2 XRD 图谱5
2.1.3 FTIR光谱 6
2.1.4 BET分析 7
2.2 吸附研究7
2.2.1 pH影响 7
2.2.2 初始浓度、温度的影响 9
2.2.3 接触时间的影响 10
2.2.4 等温吸附模型 11
2.2.5 吸附动力学 12
2.2.6 吸附热力学 12
2.2.7 共存离子的影响 13
2.2.8 脱附和循环 13
3 讨论和结论14
致谢15
参考文献16
立方体型镁铁水滑石的制备及其在刚果红去除研究中的应用
摘 要
刚果红等偶氮染料废水具有色度大、臭味大、浊度高等特点，且可生化性差，具有潜在致癌性，严重威胁动植物甚至人体健康。因此，寻找便捷高效的染料去除方法成为了人们愈发关注的问题。吸附法凭借其简便、无二次污染、低成本、可回收的显著优势备受青睐。该方法的关键在于吸附剂材料的选择，水滑石作为一种兼具较大比表面积及层间阴离子可交换性的独特材料而成为一种颇具潜力的吸附剂。为进一步提高水滑石对刚果红的吸附性能，本文利用尿素水热法制备了十二烷基磺酸钠插层的立方体型镁铁水滑石，探究其吸附刚果红的最佳条件，包括体系pH、刚果红初始浓度、温度、接触时间，并对结果进行热力学和动力学拟合，同时进行了抗干扰和脱附循环实验。SEM、XRD、FTIR、BET等表征结果综合表明，镁铁水滑石被成功插层，获得了更大的 *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: ￥351916072$ 
比表面积。在318 K时，饱和吸附容量达到236 mg g1。吸附动力学数据符合准二级动力学模型，吸附数据符合Langmuir等温吸附模型，均具有较高的相关系数(R2>0.9)。脱附循环实验表明，该材料至少可重复使用4次。
引言
众所周知，目前，包括食品、皮革、纺织、塑料、化妆品、造纸、印刷和染料合成在内的染料工业造成了大量废水[1]。染料可以分为阴离子型染料（直接染料、酸性染料和活性染料）、阳离子型染料（碱性染料）和非离子型染料（分散性染料）。酸性染料通常能溶于水，且应用广泛，如用于尼龙、毛线、丝绸、改性丙烯酸树脂以及一些纸张、皮革制品、食品和日化用品等。这些染料的主要化学类别为偶氮类、蒽醌类、三苯代甲烷类、硝基类、亚硝基类等[2]。染料进入水中严重阻碍光线传播，影响光合作用，且大多数有机染料对人体有害，甚至可以转化为致癌、致突变化合物[3]。刚果红(Congo red, CR)作为一种直接偶氮染料，大量用于纺织工业，威胁着人类健康和水生生物的生存环境[4]。因此，越来越多的研究者致力于寻找有效的染料废水治理方法。
目前，染料废水的处理方法主要分为化学法、生物法和物理法[5]。化学法[6]即利用化学反应使染料降解或分解，虽然其操作简单，工艺灵活，处理效果好，但也不乏成本过高、材料制备复杂、易引入二次污染物等问题；生物法[7]即利用好氧或厌氧微生物对目标物进行降解，化学耗氧量去除率高，且运行成本低，但存在抗冲击性差、耗时长的问题，且染料废水因其对温度及光照稳定而可生化性差；物理法[8]即用物理方法分离浓缩目标物，包括吸附法[9]、膜分离技术[10]等，操作便捷，但经常存在再生性差的问题。在众多处理方法中，吸附法因其方便、经济、环保的优点越来越受到人们的重视。且可通过寻找合适的吸附剂尽可能提高其再生性，达到成本与效率的进一步协调。由此可见，吸附剂的合理选择成为决定吸附法处理效果的重中之重。现有研究中，已有颇多材料可用于染料去除，包括含碳材料，如生物炭[11]、农林废弃物[12]等；纳米材料，如碳纳米管[13]、复合纳米材料[14]等；矿物吸附剂，如水滑石[15]、高岭土[16]等。
近年来，层状双氢氧化物(layered double hydroxides, LDHs)，又称水滑石[1719]，作为一种深具潜力的吸附剂，被广泛研究并用于去除水溶液中的有机染料，具有工艺简单、性能好、可再生等优点。LDHs是一种阴离子矿物，具有与水镁石类似的层状结构。LDHs的化学组成可以描述为[M1x2+Mx3+(OH)2Ax/nnmH2O]的通式。主层板上，二价金属离子M2+ (Mg2+、Co2+、Zn2+、Cu2+等)按一定比例被三价金属离子M3+ (Al3+、Fe3+、Mn3+、Cr3+等)所取代，使各层正电荷与可交换的层间阴离子An (CO32、SO42、NO3、Cl等)所带电荷相平衡。由于LDHs独特的结构、高的表面积(20120 mg g1)和层间阴离子可交换性(3.44.8 meq g1)等特点[20]，围绕LDHs已经开展众多研究，并在吸附[21]、催化[22]、药物释放[23]、储能[24]等领域得到了广泛的应用。镁铝水滑石是水滑石中的典型，大多数研究也都聚焦于铝系水滑石，Shan等人[3]合成了MgAl LDHs用于吸附包括CR在内的三种红色染料，但是长期暴露于含铝的环境中，尤其是使用含铝材料处理饮用水时，可能对环境和人体健康产生潜在风险[20]。因此，寻找新材料使水滑石的制备从有毒金属中解放出来是十分必要的。在现有报道中，已成功合成各种由不同金属离子组成的LDHs，其中，铁作为人体含量最多的微量元素[25]，在安全性上较铝可靠，具有铁磁性的金属元素的引入也为后续研究提供了更多可能，且已有研究将镁铁水滑石用于染料去除。由此来看，将镁铁水滑石用于CR的去除是一个不错的选择。如Ahmed等[26]制备MgFe LDHs用于去除水溶液中的CR。然而，仅凭借LDHs原本的性质如较大的比表面积、层间阴离子可交换性等，难以进一步提高其吸附性能。目前已有很多研究在合成此类材料时，采取了掺杂[27]、煅烧[28]、插层[29]等改性措施来提高吸附剂的吸附能力。其中，煅烧和插层是较为基础和常用的水滑石改性方法。煅烧相对于插层来讲，提高吸附性能的途径更倾向于增大材料比表面积以及利用水滑石的结构记忆效应[30]。以最常见的MgAlCO3 LDHs为例，当将其加热到100℃时，主要失去的是物理吸附水；温度提高到140260℃时，失去层间水分子；当温度进一步提高到450500℃时，就会发生脱二氧化碳和脱羟基，并导致MgO(方镁石)的形成[31]。在煅烧过程中这种由层状双羟基化物向金属氧化物的转变使得材料比表面积大大提高，当条件适宜时，又可逐步恢复其层状结构，具有高离子交换能力以及可调变的层间距。但从某种程度上讲，制备特定阴离子插层的水滑石较煅烧更为便捷省时。与无机阴离子相比，体积较大的有机染料不易被交换到由氢键连接起来的层板间隙，因此，一种可能的解决方案是通过插层来扩大各层之间的距离，削弱氢键[32]。通过插入不同的阴离子，可以得到较大尺寸的层板间距。因为LDHs层间吸附的是阴离子，则可以采用有机阴离子对水滑石进行离子交换，而达到有机改性的目的。可供选择的阴离子种类很多，主要有磺酸盐、羧酸等。Yu S J等[33]发现由苯二甲酸和焦糖苷酸修饰的LDHs对苯胺的吸附能力较原来增大，吸附容量提高近三倍。Ruan等人[34]的研究表明，由还原氧化石墨烯、十二烷基苯磺酸钠、月桂酸盐作为吸附剂改性的三种NiCr LDHs对于吸附甲基橙具有巨大的潜力，并结合各种表征分析吸附机理，包括表面吸附、静电力作用、层间阴离子交换等，比较其对吸附性能提高的贡献大小。

原文链接：http://www.jxszl.com/hxycl/yyhx/607125.html