水滑石類材料的制備及在水污染治理中的應用

1、水滑石類材料的制備及在水污染治理中的應用Synthesismethodsapplicationoflayereddoublehydroxidesinwaterpollutioncontrol牛向楠朱洪濤趙毅(華北電力大學環(huán)境科學與工程學院河北保定?071003)摘要:簡要介紹了目前國內外水滑石類材料的各種制備方法包括共沉淀法、焙燒還原法、離子交換法等。同時總結了其作為催化劑和離子交換劑在修復陰離子污染水體、印染廢水脫色、重金屬去除等方面

2、應用。關鍵詞:水滑石類化合物(LDHs)制備水污染治理Abstrac:tAvarietyofsynthesismethodsoflayereddoublehydroxideswereproposedincludingcoprecipitationhrodrothermalcalcination.method.TheapplicationofLDHsascatalyzersbenttoremovepollutantsfromcontami

3、natedwatersfexampleremedyinganionpollutedwaterbodyadspionofdyeheavymatelremovalweremainlydescribed.Keywds:layereddoublehydroxides(LDHs)synthesismethodswaterpollutiontreatment中圖分類號:X703.1?????文獻標識碼:B?????文章編號:16748069(201

4、0)04029040?引言水滑石類化合物(LayereddoublehydroxidesLDHs)是水滑石(Hydrotalcite)、類水滑石(Hydrotal?citelikecompound)和柱撐水滑石(Pillaredhydro?talcite)的統(tǒng)稱是一類由帶正電荷層和層間填充帶負電荷的陰離子所構成的層狀化合物。其層板間由兩種或多種不同價型的金屬氧化物組成又稱層狀金屬氧化物。水滑石類化合物結構獨特具有酸、堿性特征、熱穩(wěn)定性、

5、層間陰離子的可交換性及微孔結構等特性其一定溫度下的焙燒產物具有獨特的?記憶效應?。LDHs被應用于醫(yī)藥、阻燃、涂料、農藥、功能高分子材料等方面。在環(huán)境污染治理中作為催化劑和離子交換劑由于其顯著的螯合效果和廉價的成本得到廣泛應用并具有廣闊的發(fā)展前景。1?LDHs的制備LDHs的制備方法很多主要包括共沉淀法、焙燒復原法、水熱合成法、離子交換法等。1.1?共沉淀法此法是以可溶性金屬離子鹽與堿溶液反應生成沉淀物經過濾、洗滌、干燥后制得水滑石。金

6、屬離子鹽主要采用含M2、M3的硫酸鹽、硝鹽、氯化物等可溶性鹽堿溶液可采用氫氧化鈉、氨水碳酸鹽、尿素等。反應過程必須在過飽和狀態(tài)下進行。共沉淀法是合成水滑石類化合物最常用的方法。R.Auxilio[1]等將一定比例的Mg(NO3)2?6H2O、Al(NO3)3?9H2O混合液加入到相應濃度的NaOH、Na2CO3的混合液中保持pH為9.5左右制得MgAl從2.0~10.0的類水滑石產物。1.2?焙燒復原法焙燒復原法是將生成的水滑石在空氣中

7、焙燒至一定的溫度生成層狀雙金屬氧化物。將其加入到含有所需有機陰離子溶液進行反應會發(fā)生LDHs的層狀結構重建而形成新結構的LDHs。然后將所得產物過濾、水洗、干燥得到目標產物該方法是建立在LDHs的?記憶效應?之上的。此方法去除了與有機陰離子競爭插層的金屬鹽無機陰離子常用于制備柱撐水滑石但樣品容易出現(xiàn)晶相不單一或者晶形不好的現(xiàn)象。郭軍等[2]用硝酸根型水滑石前體和水楊酸的弱堿性溶液通過此法制備了水楊酸根插層水滑石。葉瑛等[3]通過焙燒復原

8、法成功合成了十二烷磺酸(DDS)和山梨酸(SBA)柱撐水滑石使有機酸陰離子占據(jù)了原先碳酸根所占據(jù)的層間位置。1.3?水熱合成法水熱合成法是以含有構成LDHs層板金屬離子的難溶性氧化物或氫氧化物為原料在高溫、高壓下水熱處理得到LDHs。此法使水滑石的成核和晶化292010年8月??????????電?力?科?技?與?環(huán)?保??????????第26卷?第4期鎂?鋁水滑石對分散染料廢水的脫色更具有優(yōu)勢。吸附后的水滑石材料脫色、晾干、焙燒后仍

9、可繼續(xù)使用。此外水滑石類材料對活性艷黃、活性艷藍、酸性湖藍等染料均有92%以上的脫色率但對活性艷紅的脫色率較低[18]。2.3?LDHs修復富營養(yǎng)化水體Kuzawa[19]等研究證明層間同時含有CO23、Cl兩種陰離子的MgAl水滑石在常溫條件下對PO34的吸附容量可達47.3mgg。采用NaC1、NaOH及MgC12溶液將吸附飽和的材料再生后對PO34的吸附能力與原材料基本相同。KokHui等[20]報道溶解混凝和溶解沉淀過程中水滑石

10、的pH緩沖作用有效地增大了PO34的去除率。Das[21]比較了焙燒態(tài)MgA1、ZrA1、NiA1、CoA1、MgFe、ZnFe、NiFe和CoFe水滑石氧化物對水中PO34的吸附認為水滑石中的二價和三價金屬離子種類和含量對吸附能力有很大的影響。MgAl比為2的MgAlLDH對PO34吸附能力最強。2.4?LDHs對重金屬的去除水體中高價金屬離子大多以絡合陰離子形式存在水滑石類材料對此類物質有很強的吸附作用可作為凈化劑應用于此類污水治理

11、中。Tomohito等[22]對MgAlLDHs去除水體中重金屬做了深入的研究。研究表明保持pH值為5.0時MgAlLDHs可迅速去除溶液中的Cu2和Cd2。反應10min后Cu2的濃度從64mgL降至3mgL反應15min后Cd2的濃度從112mgL降至1mgL。試驗中將檸檬酸、蘋果酸和酒石酸插入到MgAlLDHs中獲得了更大的Cu2和Cd2去除效率[23]。夏盛杰等[24]研究發(fā)現(xiàn)在最佳試驗條件下CoMgAlLDHs對制革廢水中Cr

12、(VI)的飽和吸附量達15.7mgg廢水中殘留Cr(VI)濃度0.2mgL低于國家排放標準。2.5?LDHs對芳香族有機物的去除Marcio[25]等研究了溫度、濃度和pH值對MgAl型LDHs吸附十二烷基苯磺酸鈉的影響。認為當溶劑濃度低于臨界膠束濃度時吸附效率在低溫下較好溶劑濃度高于臨界膠束濃度時應選擇低離子強度和高pH值作為吸附條件。在ZnAl型水滑石中插入水溶性磺化芳烴所得產物對苯甲醇和硝基苯酚有高效的吸附能力[26]。MgAlF

13、e類水滑石焙燒產物吸附去除水中苯酚原水適宜的pH范圍為5~11最佳吸附時間為3h。在適宜的試驗條件下對苯酚的去除率超過85%最高達93.1%[27]。此外Ahmet[28]合成了MgAlNO3LDH并利用其從硼酸和硼砂中去除硼。認為去除效率隨投加量的增加而升高最高可達95%以上并使硼的濃度降到檢測限以下。最適條件下MgAlNO3LDH對硼的吸附量可達20mgg。水滑石納米材料還可以很好地去除水體的細菌和病毒對河水中自養(yǎng)型的細菌和病毒的吸

14、附效率超過99%對非自養(yǎng)型細菌的去除效率也可達87%~99%[29]。3?結語水滑石類材料的制備途徑很多常用的有共沉淀法、焙燒復原法、水熱合成法、離子交換法等。水滑石類材料具有層間離子交換性能和結構記憶效應可作為吸附劑應用在各種污染水體治理中。其產品豐富、無鹵低毒、易制備且吸附操作條件易控制、吸附效果好、無二次污染。國外不僅注重于水滑石類材料催化性能和吸附性能的研究也已經開始涉及對水滑石螫合性能的研究這也是水滑石類材料在環(huán)境污染治理中的

15、一個新的應用研究方向。隨著納米材料研究的深入和新的工藝的開發(fā)水滑石類化合物工業(yè)化制備和應用領域的擴展必將逐步實現(xiàn)并將帶來的巨大經濟效益和傳統(tǒng)產業(yè)的升級?？傮w而言作為一種新型環(huán)境功能材料水滑石類材料在環(huán)境污染治理中的應用令人矚目其研究的深度和廣度有待于進一步加強。參考文獻:[1]AuxilioRArewsPCPeterCeta.lAdsptionintercala?tionofAcidBlue9onMgAllayereddoublehyd

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