微波強(qiáng)化SO42-柱撐Mg-AlLDHs的制備及應(yīng)用.pdf

1、水滑石(LDHs)層板邊緣含有堿性活性位，能與陽(yáng)離子反應(yīng)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(jié)構(gòu)“記憶效應(yīng)”，能吸收溶液中陰離子結(jié)構(gòu)重建成新生水滑石。本文通過(guò)Mg-Al-CO3 LDH的焙燒復(fù)原過(guò)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(yīng)和非熱效應(yīng)，廣泛應(yīng)用于無(wú)機(jī)材料類合成及對(duì)材料進(jìn)行改性，耗時(shí)短，產(chǎn)物性能優(yōu)異，目前微波技術(shù)用于LDHs制備過(guò)程漿液的晶

2、化，產(chǎn)物結(jié)構(gòu)規(guī)整，單一晶相。本文將微波技術(shù)應(yīng)用到LDHs焙燒復(fù)原過(guò)程SO42-柱撐Mg-Al LDHs的制備及產(chǎn)物對(duì)NH4+的降解，較常規(guī)過(guò)程效能高。
　　優(yōu)化SO42-柱撐Mg-Al LDHs制備條件。水浴加熱下，反應(yīng)溶液煮沸10min后密封冷卻，溶液的初始pH值為3，前驅(qū)體LDHs的Mg/Al為3，LDO的投加量為0.1g，控制反應(yīng)溫度為60oC，反應(yīng)1.5h，SO42-的吸附平衡達(dá)到最優(yōu)，即獲得結(jié)構(gòu)相對(duì)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(yīng)0.5h，SO42-的吸附平衡達(dá)到最優(yōu)，即獲得結(jié)構(gòu)相對(duì)規(guī)整的SO42-柱撐Mg-Al LDHs(記LDH-m)。XRD、IR、SEM和EDS分析，結(jié)果表明LDH-a、LDH-m均具有水滑石的層板結(jié)構(gòu)，SO42-進(jìn)入層間，導(dǎo)致層間距增大；較LDH晶粒規(guī)整程度降低，晶粒變小。
　　對(duì)SO42-柱撐Mg-Al LDHs制備進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，表明符合Lagergre

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

5、為161.82J·(mol·K)–1，通過(guò)吸附過(guò)程△H和△S所推導(dǎo)出體系溫度為30℃、40℃、50℃和60℃時(shí)對(duì)應(yīng)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(fù)值，說(shuō)明反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行。
　　考察SO42-柱撐Mg-Al LDHs對(duì)NH4+的降解。相同條件下，微波輔助LDH-m降解對(duì)NH4+去除率達(dá)到85％，較常規(guī)條件下LDH-m

6、對(duì)NH4+降解去除提高60%；設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，對(duì)降解 NH4+反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)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(yīng)溫度60℃為最優(yōu)條件，最終確定攪拌速率1400r/min。對(duì)最優(yōu)條件下產(chǎn)物(記mLDH)進(jìn)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(jìn)入LDHs層間，粒徑變小，表明LDH-m降解NH4+的同時(shí)，實(shí)質(zhì)是NH4+水解過(guò)程生成酸性物質(zhì)H+改性LDHs層板過(guò)

7、程，使mLDH曝露更多活性位點(diǎn)，提高吸附陽(yáng)離子性能，即通過(guò)LDH-m對(duì)NH4+降解的同時(shí)，獲得一種高效重金屬陽(yáng)離子吸附劑，同時(shí)mLDH微堿性環(huán)境維系溶液pH在中性。
　　將上述產(chǎn)物對(duì)Pb2+進(jìn)行吸附，SO42-及CO32-型MgAl-LDHs對(duì)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(duì)Pb2+吸附效果優(yōu)于CO32-型Mg-Al LDHs，LD