类水滑石材料的制备及其对铬离子的吸附性能研究

发布时间：2017-11-29 17:00

  本文关键词：类水滑石材料的制备及其对铬离子的吸附性能研究

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【摘要】：水滑石(LDHs)是一种典型的阴离子型层状化合物,具有合成工艺简单、吸附重金属离子效果好和可重复利用等优点。本论文以Zn(NO3)2·6H2O为锌源和Al(NO3)3·9H2O为铝源采用共沉淀法合成了Zn/Al-LDHs(包括Zn2Al-LDHs和Zn_3Al-LDHs)。分别以Al(NO3)3·9H2O、煤气化炉渣及霍州褐煤煤灰为铝源,Mg(NO3)2·6H2O为镁源采用共沉淀法合成了三类不同铝源的Mg/Al-LDHs(包括Mg2Al-LDHs、Q-Mg2Al-LDHs和H-Mg2Al-LDHs)。利用X-射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、比表面积测定仪(BET)和热重分析仪(TGA)对Zn/Al-LDHs和Mg/Al-LDHs及其焙烧态类水滑石(LDOs)的晶型结构、形貌和热稳定性进行了分析表征。XRD分析表明,合成的LDHs均具有003、006、009、110和113等水滑石的特征衍射峰,Zn_3Al-LDHs的特征衍射峰强度和光滑平稳性要高于Zn2Al-LDHs。对于不同铝源合成的Mg/Al-LDHs衍射峰强度:Mg2Al-LDHsH-Mg2Al-LDHsQ-Mg2Al-LDHs。从SEM图中可以看出,Zn_3Al-LDHs和Mg2Al-LDHs具有紧密堆叠在一起的规整片层结构,H-Mg2Al-LDHs和Q-Mg2Al-LDHs也有明显的片层状结构,但堆叠的相对松散,规整度相对较低。FT-IR分析表明合成的LDHs存在-OH、-C=O、和M-O-M等官能团,推测LDHs中含有OH-、CO32-、M2+和M3+等离子。TG分析表明,LDHs分别在100 oC和200-400oC失去层间水和层间阴离子(OH-、CO32-及少量的NO3-等)。BET分析表明,LDOs比表面积顺序为Mg2Al-LDOsH-Mg2Al-LDOsZn_3Al-LDOsQ-Mg2Al-LDOs。Mg2Al-LDOs具有最大的比表面积为273.24 m2/g,Zn_3Al-LDOs具有最大的平均孔径为29.1 nm,Q-Mg2Al-LDOs的平均孔径最小为5.15 nm。以Zn_3Al-LDOs、Mg2Al-LDOs、Q-Mg2Al-LDOs和H-Mg2Al-LDOs为吸附剂,通过单因素轮换法考察了p H值、吸附温度(T)、吸附时间(t)、吸附剂用量(m)和初始浓度(c0)等条件对水中Cr(VI)吸附性能的影响。LDOs吸附Cr(VI)的最优条件为p H=2~4、T=25~35 oC、t=80 min、m=0.4~0.6 mg/m L和c0=100 mg/L。Zn_3Al-LDOs、Mg2Al-LDOs、Q-Mg2Al-LDOs和H-Mg2Al-LDOs的最大吸附量分别为126.9 mg/g、107.25 mg/g、95.38mg/g和85.75 mg/g。虽然Q-Mg2Al-LDOs和H-Mg2Al-LDOs对水中Cr(VI)的吸附量略低于Zn_3Al-LDOs和Mg2Al-LDOs,但相比其他吸附剂具有较好的吸附效果。Cr(VI)在Zn_3Al-LDOs、Mg2Al-LDOs、Q-Mg2Al-LDOs和H-Mg2Al-LDOs上的吸附动力学和等温线均符合准二级吸附动力学模型和Langmuir吸附等温线模型。热力学参数表明Cr(VI)在这些LDOs上的吸附为自发、放热和熵增加过程。利用XRD、SEM和FT-IR对吸附Cr(VI)后的LDOs进行分析,结果表明,吸附过程中Cr(VI)能够进入LDHs层间,LDOs恢复了原来的层状结构,这说明LDHs在Cr(VI)吸附过程中存在明显的“记忆效应”。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;TQ424

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