微波強化SO42-柱撐Mg-AlLDHs的制備及應用.pdf

1、水滑石(LDHs)層板邊緣含有堿性活性位，能與陽離子反應接枝，不同層間陰離子層間距和表面酸堿性能不同；LDHs具有結構“記憶效應”，能吸收溶液中陰離子結構重建成新生水滑石。本文通過Mg-Al-CO3 LDH的焙燒復原過程制備出SO42-柱撐Mg-AlLDHs，用于降解NH4+和吸附Pb2+的研究。
　　微波具有熱效應和非熱效應，廣泛應用于無機材料類合成及對材料進行改性，耗時短，產物性能優(yōu)異，目前微波技術用于LDHs制備過程漿液的晶

2、化，產物結構規(guī)整，單一晶相。本文將微波技術應用到LDHs焙燒復原過程SO42-柱撐Mg-Al LDHs的制備及產物對NH4+的降解，較常規(guī)過程效能高。
　　優(yōu)化SO42-柱撐Mg-Al LDHs制備條件。水浴加熱下，反應溶液煮沸10min后密封冷卻，溶液的初始pH值為3，前驅體LDHs的Mg/Al為3，LDO的投加量為0.1g，控制反應溫度為60oC，反應1.5h，SO42-的吸附平衡達到最優(yōu)，即獲得結構相對規(guī)整的SO42-柱撐M

3、g-Al LDHs(記LDH-a)；控制微波功率500w，相同優(yōu)化條件下反應0.5h，SO42-的吸附平衡達到最優(yōu)，即獲得結構相對規(guī)整的SO42-柱撐Mg-Al LDHs(記LDH-m)。XRD、IR、SEM和EDS分析，結果表明LDH-a、LDH-m均具有水滑石的層板結構，SO42-進入層間，導致層間距增大；較LDH晶粒規(guī)整程度降低，晶粒變小。
　　對SO42-柱撐Mg-Al LDHs制備進行動力學分析，表明符合Lagergre

4、n一級吸附速率方程，通過Arrhenius方程計算常規(guī)條件的反應活化能為52.13kJ·mol–1，微波強化的反應活化能為40.10kJ·mol–1，都屬于反應控制為主的過程；微波加熱較常規(guī)條件下的反應活化能降低12.03kJ·mol–1，即微波場中促進SO42-柱撐Mg-Al LDHs的制備。對SO42-柱撐Mg-Al LDHs制備進行熱力學分析，表明吸附過程符合朗格繆爾等溫吸附；吸附過程△H為40.51kJ·mol–1，吸附過程△S

5、為161.82J·(mol·K)–1，通過吸附過程△H和△S所推導出體系溫度為30℃、40℃、50℃和60℃時對應吉布斯自有能變△G的值分別為–8.55kJ·mol–1、–10.17kJ·mol–1、–11.78kJ·mol–1、－13.4kJ·mol–1，均為負值，說明反應可自發(fā)進行。
　　考察SO42-柱撐Mg-Al LDHs對NH4+的降解。相同條件下，微波輔助LDH-m降解對NH4+去除率達到85％，較常規(guī)條件下LDH-m

6、對NH4+降解去除提高60%；設計正交實驗，對降解 NH4+反應條件進行優(yōu)化，結果表明溫度是影響氨氮去除最主要因素，LDH-m的投加量0.1g，反應溫度60℃為最優(yōu)條件，最終確定攪拌速率1400r/min。對最優(yōu)條件下產物(記mLDH)進行XRD、IR和SEM分析，表明mLDH仍具有LDHs特征衍射峰，且有更多SO42-進入LDHs層間，粒徑變小，表明LDH-m降解NH4+的同時，實質是NH4+水解過程生成酸性物質H+改性LDHs層板過

7、程，使mLDH曝露更多活性位點，提高吸附陽離子性能，即通過LDH-m對NH4+降解的同時，獲得一種高效重金屬陽離子吸附劑，同時mLDH微堿性環(huán)境維系溶液pH在中性。
　　將上述產物對Pb2+進行吸附，SO42-及CO32-型MgAl-LDHs對Pb2+的去除效果都較好(LDH:73.4%;LDH-a:88.6%;LDH-m:91.2%)，SO42-柱撐Mg-Al LDHs對Pb2+吸附效果優(yōu)于CO32-型Mg-Al LDHs，LD