镁铝水滑石的超声辅助共沉淀制备及其对四环素的吸附行为研究

发布时间：2019-11-15 21:25

【摘要】：近年来,抗生素在水产养殖业、畜牧业以及人类医疗等方面长期大量使用甚至滥用,加之一些过期抗生素药品的不当处理,使其对环境安全、生态系统以及人类健康造成了极大的威胁,而目前常见的去除工艺不能有效的去除水环境中的抗生素。因此,开发新型材料来处理此类抗生素对水体的污染显得尤为重要。为获得高效廉价的抗生素吸附剂,本文以四环素(TC)为研究对象,选择比表面积大,原料易得,制备方法简单的镁铝水滑石(Mg/Al-LDO)为吸附材料。对Mg/Al-LDO吸附材料的制备方法,制备工艺进行了探究,并对其吸附四环素的静态吸附条件、吸附性能、吸附剂再生及其热力学和动力学进行了研究,讨论了Mg/Al-LDO去除四环素的机理。研究结果如下:1.通过恒pH共沉淀法、水热法、超声辅助共沉淀法三种方法进行了Mg/Al-LDO前驱体镁铝双金属氢氧化物(Mg/Al/CO_3-LDH)的制备研究,根据产物的吸附率及物理性状的选择了超声辅助共沉淀法。通过单因素和正交实验优化获得吸附率较好的Mg/Al/CO_3-LDH,其制备条件为:制备温度45℃,镁铝比4:1,制备时间45 min,OH/([Mg]+[Al])=1.2。2.Mg/Al/CO_3-LDH的热分解主要分为五个阶段。对不同热分解温度下所得材料对四环素进行吸附,结果表明:400℃煅烧后的材料(Mg/Al-LDO)吸附率最高。SEM表征发现400℃煅烧后原来均匀的片层状结构转发生了变化,片层状结构发生部分塌陷,出现较多孔隙。XRD表征显示煅烧后的材料转变为镁铝复合氧化物。3.通过静态吸附实验研究了四环素在Mg/Al-LDO上的去除率,优化了静态吸附的条件,探讨了材料的重复利用率和常见简单阴离子的干扰,研究结果显示,最佳吸附条件为:25℃,溶液pH 5.0±1.0,NaCl浓度为0.10 mol/L,吸附时间为60 min时,0.15 g/50 m L Mg/Al-LDO对浓度为100 mg/L TC的吸附效果最好,去除率达到90%以上,平衡吸附容量为183.15 mg/g。材料经过四次重复利用后吸附容量仍为150 mg/g以上,常见阴离子对吸附率有一定的干扰,其干扰顺序为:CO_32-SO42-HPO32-NO3-Cl-。4.Mg/Al-LDO对TC的吸附热力学实验表明:在25℃,35℃,45℃,55℃下,吸附热力学符合Langmuir等温线模型,吸附主要发生在Mg/Al-LDO表面的活性区,属于单分子层吸附。通过热力学分析,吸附过程的热力学参数分别为ΔH=20.31 kJ/mol,ΔS=86.90 J/mol·K,25℃、35℃、45℃、55℃下ΔG均小于零,说明Mg/Al-LDO对TC的吸附反应属于吸热自发过程,温度升高有利于吸附的进行。5.Mg/Al-LDO对TC的吸附动力学吸附实验表明,吸附的全过程可以用伪二级动力学方程来描述,其线性相关系数高达1.000,推断该吸附过程主要是表面化学吸附和颗粒内扩散速率控制占主要地位。
【图文】：

形貌,共沉淀法,水热法,制备方法

第 3 章水滑石的制备方法研究用扫描电镜对三种制备方法制备的材料形貌进行了表征，如图 3-2 所示。其恒pH 共沉淀法（图 3-2a）所制备的材料团聚现象特别明显，从表 3-1 也可以看出这种方法的吸附率也最低，说明这种团聚的出现是不利于吸附的。而 3-2b 颗粒较 3-2a 更细小均匀，说明水热法依然存在一定的团聚现象，但相对团聚现象较小，，吸附效果也较好，但是从制备方法上来说这种方法耗时最长，制备最为繁琐。而超声辅助法（3-2c）发现颗粒最小，也很均匀，说明超声的引入有效的抑制了团聚，而且制备过程采用的是过饱和共沉淀（即整个过程 pH 在不断减小），操作方法最易控制，制备时间最短，初步效果也最佳，故后续研究采用超声辅助共沉淀法制备。a b c

形貌,扫描电镜图,吸附率,水滑石

0 100 200 300 400 500 600温度 ( C)图 3-6 煅烧温度对吸附率的影响从图 3-6 可知随着煅烧温度的增加吸附率逐渐上升，这与煅烧过程中水除时引起水滑石结构和形貌的改变有关。400 ℃之后吸附率下降，这可能高温材料转变为尖晶石导致水滑石失去记忆功能而无法恢复为层状结构。0℃焙烧材料的吸附率最高，因此后续实验采用 400 ℃煅烧 4 h 后的水滑吸附材料。.3.2 扫描电镜（SEM）表征在最佳条件下制备的水滑石及 400 ℃煅烧后的 Mg/Al-LDO 进行形貌表结果见图 3-7。a b
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X52;TQ424

【参考文献】