王瀾 葛圣松*, 邵 謙 李 健 杜玲玉
(1山東科技大學化學與環(huán)境工程學院,青島266590) (2山東科技大學材料科學與工程學院,青島266590)
鋅鎳鋁水滑石微球的制備及吸附性能
王瀾1葛圣松*,1邵謙1李健2杜玲玉1
(1山東科技大學化學與環(huán)境工程學院,青島266590) (2山東科技大學材料科學與工程學院,青島266590)
以Zn(NO3)2·6H2O、Ni(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O和尿素為原料,采用一步水熱法制備分散性良好的三元鋅鎳鋁水滑石ZnNiAl-LDHs)微球。通過X射線衍射(XRD)、傅里葉轉換紅外光譜(FTIR)、場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、透射電鏡(TEM)和氮氣吸附-脫附等測試手段對樣品的結構和形貌進行表征,并比較ZnNiAl-LDHs和ZnAl-LDHs對甲基橙(MO)的吸附性能。結果表明,nNiAl-LDHs是由納米片組成、具有3D結構的微球,粒徑為1~2.5 μm,比表面積為156 m2·g-1,遠大于ZnAl-LDHs的比表面積8 m2·g-1;ZnNiAl-LDHs和ZnAl-LDHs對甲基橙的飽和吸附量分別為329.60和143.47 mg·g-1,ZnNiAl-LDHs表現(xiàn)出更強的吸附能力,其吸附等溫線和吸附動力學分別符合Langmuir等溫線模型和準二級動力學模型。
鋅鎳鋁水滑石;微球;吸附;甲基橙
近幾年,隨著工業(yè)的迅速發(fā)展,水污染使缺水形勢愈加嚴峻。紡織業(yè)、印刷業(yè)和皮革加工業(yè)等的染料廢水是水污染的主要來源,這些染料具有很強的毒性和致癌性,破壞水體甚至威脅著人類的健康,因此,如何高效合理處理廢水引起全世界的廣泛關注[1]。在眾多的處理染料廢水的方法中,吸附法因其具有成本低、操作簡單和易于分離等優(yōu)點,成為最常用的方法之一。但是活性炭[2]、沸石[3]和自然黏土礦物[4]等傳統(tǒng)吸附材料由于吸附能力差、表面需要預處理、成本高等缺點,處理效果不盡人意,因此有必要開發(fā)具有高吸附能力、低成本的吸附材料。近些年,水滑石類化合物因其成本低廉,并且對有機染料和重金屬離子等污染物具有較強的吸附能力而引起人們重視[5-6]。
水滑石類化合物是一類由帶正電荷層板和帶負電荷的層間陰離子構成的層狀結構化合物,又稱為層狀雙羥基金屬復合氫氧化物(LDHs),常被應用于阻燃[7]、耐腐蝕[8]、光催化[9]和吸附[10]等領域。LDHs作為吸附劑主要歸因于其大的比表面積、高的吸附性能和良好的再生性能;并且LDHs不同的結構單元(陰離子、堿性基點)能為污染物提供特定的活性位點,增強LDHs和污染物之間的化學親和力[11]。
通常,用水熱法和共沉淀法制備的傳統(tǒng)水滑石多為六邊型的片狀結構,形貌單一,比表面積大小難以控制,并且水滑石粉末團聚嚴重,限制水滑石在吸附等領域的應用。近年來,具有雙重或多重形貌和結構的多級形態(tài)的水滑石成為人們的研究熱點。這類水滑石具有高比表面積,大的孔體積和穩(wěn)定的微觀結構等優(yōu)點。目前合成具有多級形態(tài)的水滑石多采用模板法。例如,Zhang等[12]以十二烷基磺酸鈉(SDS)為軟模板,通過水熱法合成具有3D花狀結構的MgAl-LDHs微球。Sun等[13]在十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)存在的條件下,用酒石酸鈉、檸檬酸鈉和水楊酸鈉分別作結構導向劑,合成出具有中空微球結構的多級ZnAl-LDHs。Li等[14]用聚苯乙烯球為犧牲模板,制備出中空的MgAl-LDHs微球。然而這些方法過程較復雜,條件較為苛刻,所使用的表面活性劑會對環(huán)境產生污染。因此,尋找一種簡單有效、對環(huán)境無害的合成多級形態(tài)水滑石的方法很有必要。近年來,三元水滑石獲得較多關注,其中三元ZnNiAl-LDHs因其成本低,具有高活性堿性基點倍受人們青睞,Wang等[15]制備NiZnAl-LDHs,研究其對橙黃G的催化效果;Li等[16]采用水熱法制備出六邊形片狀ZnNiAl-LDHs,并探討煅燒溫度對比表面積等的影響;Yi等[17]采用共沉淀法制備ZnNiAl-LDHs,研究水滑石的煅燒溫度對硫化羰水解作用的影響。但文獻報道的ZnNiAl-LDHs形貌比較單一,多為六邊型的片狀結構,鮮有多級形態(tài)結構,且比表面積不高。
本文采用簡單有效的一步水熱法合成具有3D微球結構、高比表面積的三元ZnNiAl-LDHs,并結合XRD、FTIR、BET、SEM、EDS和TEM等測試手段將其與ZnAl-LDHs進行對比分析,使用甲基橙模擬有機染料廢水,對比分析ZnNiAl-LDHs和ZnAl-LDHs吸附甲基橙的吸附等溫曲線和吸附動力學,吸附結果表明用該方法能夠制得吸附性能更優(yōu)越的具有多級形態(tài)結構的三元水滑石。
1.1實驗試劑
實驗所用試劑硝酸鋅(Zn(NO3)2·6H2O)、硝酸鎳(Ni(NO3)2·6H2O)、硝酸鋁(Al(NO3)3·9H2O)、尿素(CO (NH2)2)、甲基橙(MO)、氫氧化鋁(Al(OH)3)均由國藥集團化學試劑有限公司提供,所有試劑均為分析純,使用前未經純化;實驗用水均為蒸餾水。
1.2鋅鎳鋁水滑石的制備
采用水熱法制備,將2.5 g Zn(NO3)2·6H2O、0.6 g Ni(NO3)2·6H2O、0.9 g Al(NO3)3·9H2O和4.2 g尿素加入到100 mL蒸餾水中,室溫下攪拌1 h,待其全部溶解后轉移到帶有聚四氟乙烯內襯的反應釜中,將反應釜密封,放入烘箱中100℃反應24 h。反應完畢后,待反應釜冷卻至室溫,用離心機分離收集沉淀,用蒸餾水將沉淀洗滌至中性,然后在80℃的干燥箱中干燥12 h,得到ZnNiAl-LDHs。作為對照,不加鎳源,將3.1 g Zn(NO3)2·6H2O、0.9 g Al(NO3)3· 9H2O和4.2 g尿素加入到100 mL蒸餾水中,用同樣的方法得到ZnAl-LDHs。
1.3測試與表征
試樣的晶體結構使用ultimaⅣ型X射線衍射儀(XRD,ultimaⅣ,Rigaku,Japan)進行測定,使用Cu Kα射線(λ=0.154 0 nm),40 kV,40 mA,在2θ=5°~70°范圍進行掃描;采用NICOLTE 380型傅里葉轉換紅外光譜儀進行紅外光譜分析,測量范圍為400~4 000 cm-1,使用KBr壓片;試樣的形貌采用Nanosem450型場發(fā)射掃描電鏡(SEM,Nanosem 450,F(xiàn)EI,15 kV,Japan)以及JEM-2100F型透射電子顯微鏡(TEM,JEM-2100F,JEOL,Japan)表征,測試時樣品先進行噴金;樣品的元素種類及含量采用英國牛津Energy 350型X射線能譜分析儀進行分析;采用美國Quantachrome公司的Quadrasord型比表面孔徑分析儀測試試樣的N2吸附-脫附等溫線,預先將樣品在120℃下真空處理5 h,然后以N2為吸附質,在77 K下進行測定。
1.4吸附實驗
取5 mg的吸附劑投放到25 mL一定濃度的甲基橙溶液中,在50 mL的離心管中恒溫恒速磁力攪拌,通過預先確定的時間間隔,取出5 mL樣品,在10 000 r·min-1下高速離心5 min,取其上清液,用UH4150紫外-可見分光光度計來測定甲基橙(波長465 nm)殘余濃度。試樣對溶液中甲基橙的平衡吸附量用如下公式計算[18]:
其中,c0和ce分別為甲基橙的初始濃度和平衡濃度mg·L-1);V為溶液體積(L);m為吸附劑質量(g)。
吸附實驗后,將含有吸附劑的甲基橙溶液進行離心,洗滌至完全去除表面的吸附物,所得樣品在80℃下干燥12 h,再重新分散到甲基橙溶液中進行吸附實驗,考察吸附劑的循環(huán)再生次數(shù)與甲基橙去除率的關系,去除率η=(c0-ce)/c0×100%。
2.1試樣表征
2.1.1XRD分析
圖1中a和b分別是ZnNiAl-LDHs和ZnAl-LDHs的X射線粉末衍射圖,從圖中可以看出2種水滑石的特征峰一致,且都在2θ低角度處出現(xiàn)與(003)、(006)、(009)晶面相對應的尖銳而強的特征衍射峰,在2θ高角度處出現(xiàn)與(110)晶面相對應的特征衍射峰,且峰的對稱性好,這表明所制備的水滑石的結晶度高,具有較好的水滑石層狀結構[13,19]。另外,從兩者的XRD圖中均可以看到,低角度的衍射峰比較尖銳,而高角度的衍射峰較弱,這是水滑石層狀化合物所共有的特征之一。從圖中還可以看出,ZnNiAl-LDHs的衍射峰比ZnAl-LDHs的衍射峰寬,這說明ZnNiAl-LDHs的粒徑更小。在低角度2θ=19.5°和36.7°處為水滑石制備過程中產生的Al(OH)3。
圖1 ZnNiAl-LDHs(a)和ZnAl-LDH(b)的XRD圖Fig.1 XRD patterns of ZnNiAl-LDHs(a)and ZnAl-LDH(b)
2.1.2FTIR分析
圖2分別給出ZnNiAl-LDHs和ZnAl-LDHs以及吸附甲基橙后的ZnNiAl-LDHs(MO-ZnNiAl-LDHs)和ZnAl-LDHs(MO-ZnAl-LDHs)的紅外吸收圖譜。其中,3 600~3 200 cm-1處寬的吸收峰是層間水的-OH伸縮振動產生的,1 628和1 382 cm-1的吸收峰分別對應結晶水的-OH彎曲振動峰和層間的CO32-對稱拉伸振動峰,CO32-的存在是在合成水滑石的過程中尿素分解導致的。低于1 000 cm-1的吸收峰是由于層間其它碳酸鹽作用和層間M-O和M-O-M鍵伸縮振動產生[15,20],其中428 cm-1處的峰為M-OH的伸縮振動吸收峰[15,21]。由圖2c和2d可以看出,吸附甲基橙后的ZnNiAl-LDHs和ZnAl-LDHs的紅外吸收圖譜均在1 615、1 119、1 510、1 169和1 031 cm-1處出現(xiàn)吸收峰,分別對應著甲基橙苯環(huán)中C=C伸縮振動、苯環(huán)上1,4取代基的伸縮振動、C=N的特征吸收峰,以及-SO3Na的彎曲振動和伸縮振動峰,所有這些都證明甲基橙被吸附在ZnNiAl-LDHs和ZnAl-LDHs上[22]。從圖中還可以看出吸附甲基橙后的水滑石紅外衍射峰沒有變化,這說明水滑石的結構并沒有改變,因此該吸附過程是表面吸附而不是插層,這是由于合成水滑石時所生成的層間CO32-具有很強的電荷競爭作用,很難被其他陰離子所取代[23-25],甲基橙陰離子很難進入到水滑石的層間。
2.1.3SEM和TEM分析
圖2 樣品的紅外吸收圖譜Fig.2 FTIR spectra of the samples
圖3是ZnAl-LDHs和ZnNiAl-LDHs的SEM圖。對比圖3a和3b可見,ZnAl-LDHs和ZnNiAl-LDHs均由大量的、分散良好的微球結構組成,但ZnAl-LDHs微球的完整性較差,周圍有部分未成形的納米片和納米顆粒存在;其微球的粒徑分別為5~7 μm和1~2.5 μm,ZnNiAl-LDHs微球粒徑明顯小于ZnAl-LDHs微球,這也與XRD中ZnNiAl-LDHs的衍射峰比ZnAl-LDHs寬的結果相符,說明Ni2+的加入能使ZnAl-LDHs微球的粒徑減小。通常來說,沉淀的粒徑大小受到成核與生長2個過程相互消長的影響,而相對過飽和度和臨界過飽和度的大小則決定了沉淀的成核速度和均相成核的難易程度。相對過飽和度越大,分散度越大,成核速度越快,越有利于形成分散良好的小顆粒沉淀;而臨界過飽和度越小,越易均相成核,越易創(chuàng)造大的相對過飽和度的環(huán)境,使成核速度大于沉淀生長速度而得到小顆粒的沉淀[26]。由于Ni(OH)2沉淀的臨界過飽和度小于Zn(OH)2的,因此,在相同構晶離子濃度的溶液中,Ni(OH)2更易均相成核,且其相對過飽和度更大,成核速度更快而產生大量的晶核。因此在構晶離子濃度一定的條件下,更多的構晶離子用來成核,使得Ni(OH)2沉淀成核速度快而生長速度較慢,最終導致含鎳的ZnNiAl-LDHs微球比不含鎳的ZnAl-LDHs微球的粒徑減小。另外,從圖3c和3d中可以看出,這些微球均由大量納米片組裝而成的、是具有多級形態(tài)結構的水滑石。
圖4是ZnAl-LDHs和ZnNiAl-LDHs單個微球的TEM圖。從圖可見,TEM與SEM的觀察結果一致。由圖4a和4b可見,2種微球均是由納米片從中心向球面生長形成的實心微球。由圖4c和4d可以看出,組成ZnAl-LDHs和ZnNiAl-LDHs微球的納米片厚度分別約為10和5 nm。
圖3 樣品的場發(fā)射掃面電子顯微鏡圖Fig.3 FESEM images of the samples
圖4 樣品的透射電子顯微鏡圖Fig.4 TEM images of the samples
2.1.4EDS分析
圖5是ZnNiAl-LDHs的X射線能譜圖。由圖5b的EDS圖譜可以看出,ZnNiAl-LDHs中主要含有Zn、Ni、Al、C、O、Pt元素(Pt為測試時噴鉑金所致),且可以測出Zn、Ni、Al的原子百分比分別為5.4%、1.1%和1.4%,因此可以初步得出nZn/nNi=4.9,(nZn+ nNi)/nAl=4.7,該結果與實驗所用原料的物質的量之比基本相同。圖5c~5f的元素分布譜圖顯示Zn、Ni、Al、O元素均勻分布在ZnNiAl-LDHs微球的表面上,每種元素分布圖的尺寸和輪廓均與圖5a所示的電鏡圖相對應。從圖5d中還可以看出Ni元素的含量相對較少,該結果與圖5b的分析結果相一致。以上分析證實所制備的水滑石材料為含有Zn、Ni、Al的三元水滑石。
2.1.5BET比表面
圖6是ZnNiAl-LDHs和ZnAl-LDHs的氮氣吸附-脫附等溫曲線和相應的孔徑分布曲線。圖6a中試樣的吸附和脫附等溫曲線形成的回滯曲線均屬于Ⅳ型等溫曲線,表明水滑石存在孔隙,是典型的介孔材料[27]。由于納米片滯后環(huán)出現(xiàn)在相對壓力p/ p0為0.4~1.0之間,屬于H3型滯后環(huán),表明存在由片狀粒子堆積而成的狹縫孔[28]。從圖6b的孔徑分布曲線可以看出,ZnNiAl-LDHs和ZnAl-LDHs的孔徑分布相對較寬,范圍在3~30 nm之間。
試樣的孔結構參數(shù)如表1所示,從表中可以看出所合成的ZnNiAl-LDHs具有較大的比表面積,為156 m2·g-1。該比表面積要大于大部分文獻中水滑石(ZnNiAl-LDHs[16-17]、ZnMgAl-LDHs[22]和ZnAl-LDHs[29-30]等)的比表面積。通常,對于一種吸附劑來說,較大的比表面積可以提供更多的活性吸附位點,這為染料在水滑石表面的吸附提供有利的條件;同時,樣品本身是獨特的多孔微球結構,其自身孔隙具有吸附性能,易吸附染料于孔隙中,且多孔物質都具有高度發(fā)達的內表面,有助于提高吸附性能,這些特點在廢水處理中至關重要。
表1 鋅鋁水滑石和鋅鎳鋁水滑石的孔結構參數(shù)Table1 Textural properties of the ZnAl-LDHs and ZnNiAl-LDHs
圖5 (a)ZnNiAl-LDHs微米球的電鏡圖片;(b)a中所標區(qū)域的EDS圖譜;(c)~(f)ZnNiAl-LDHs元素分布譜圖Fig.5(a)SEM image of ZnNiAl-LDHs microsphere;(b)EDS of the plotted areain(a);
圖6 (a)ZnAl-LDHs和ZnNiAl-LDHs的氮氣脫附-吸附等溫線圖;(b)ZnAl-LDHs和ZnNiAl-LDHs的孔徑分布曲線圖Fig.6(a)Nitrogen adsorptiondesorption isotherms of ZnAl-LDHs and ZnNiAl-LDHs;(b)Pore size distributions of ZnAl-LDHs and ZnNiAl-LDHs
2.2吸附等溫曲線
圖7是室溫下,ZnNiAl-LDHs和ZnAl-LDHs微球對甲基橙的吸附等溫線。由于在圖1 XRD圖中分析出水滑石中含有Al(OH)3物相,為了考察Al(OH)3的存在對水滑石吸附性能的影響,同時使用市售的Al(OH)3試驗了其對甲基橙的吸附性能。從圖中可見,隨著甲基橙初始濃度的升高,吸附量(qe)先增加,而后趨于平衡。ZnNiAl-LDHs平衡吸附量為329.60 mg·g-1,遠大于ZnAl-LDHs的平衡吸附量143.47 mg·g-1。根據Giles分類,等溫線形狀屬于Ⅰ型,即為Langmuir型吸附等溫線。而Al(OH)3對甲基橙的吸附作用特別小,平衡吸附量僅為15.10 mg·g-1,與ZnNiAl-LDHs相比可忽略不計。
常用的吸附模型有Langmuir(方程2)和Freundich(方程3)兩種[31]。
圖7 甲基橙在ZnNiAl-LDHs、ZnAl-LDHs和Al(OH)3上的吸附等溫線Fig.7 Adsorption isotherms of MO onto ZnNiAl-LDHs and ZnAl-LDHs microsphere and Al(OH)3
其中,qe表示甲基橙的平衡吸附量(mg·g-1);qm表示Langmuir單分子層飽和吸附量(mg·g-1);ce表示甲基橙的平衡濃度(mg·L-1);b是與吸附相關的Langmuir常數(shù)(L·mg-1),n和k是與吸附相關的Freundlich常數(shù)。方程2中的參數(shù)b和qm通過ce/qe與ce線性擬合曲線的截距和斜率計算得到,方程3中的參數(shù)k和n通過lg qe與lg ce線性擬合曲線的截距和斜率計算得到。分別用這兩種模型對ZnNiAl-LDHs和ZnAl-LDHs吸附甲基橙的實驗結果進行擬合,擬合結果如圖8和表2所示。從圖8和表2可見,Langmuir等溫方程擬合曲線對實驗數(shù)據的擬合度好,相關系數(shù)R2=0.99,而Freundlich等溫方程擬合曲線對實驗數(shù)據的擬合度差,相關系數(shù)較低,說明Langmuir等溫曲線模型適合描述ZnNiAl-LDHs和ZnAl-LDHs微球對甲基橙的吸附,吸附是單分子層,飽和吸附量分別為333.30 mg·g-1和144.50 mg· g-1,與平衡吸附量實驗值相差甚小。
圖8 樣品吸附甲基橙的Langmuir等溫方程擬合曲線(a)和Freundlich等溫方程擬合曲線(b)Fig.8 Langmuir isotherm(a)and Freundlich isotherm(b)for MO adsorption onto the samples
表2 ZnNiAl-LDHs和ZnAl-LDHs吸附甲基橙的Langmuir和Freundlich等溫曲線參數(shù)Table2 Langmuir and Freundlich isotherm parameters for MO adsorption onto the ZnNiAl-LDHs and ZnAl-LDHs
2.3吸附動力學曲線
圖9是甲基橙初始濃度為100 mg·L-1,室溫時ZnNiAl-LDHs和ZnAl-LDHs微球對甲基橙的吸附動力學曲線,從圖中可以看出,隨著時間的增加ZnNiAl-LDHs和ZnAl-LDHs對甲基橙的吸附量逐漸增大,其中ZnNiAl-LDHs的吸附速率較快,在5 h后基本達到吸附平衡,吸附率高達98%,而ZnAl-LDHs在15 h后才達到吸附平衡,吸附率較低,只有40%。
圖9 甲基橙在ZnNiAl-LDHs和ZnAl-LDHs上的吸附動力學曲線Fig.9 Adsorption kinetics curves for MO onto the ZnNiAl-LDHs and ZnAl-LDHs
分別采用準一級線性方程(方程4)和準二級線性方程(方程5)對上述實驗結果進行擬合[31-32],擬合的動力學參數(shù)列于表3。
其中,qe表示平衡吸附量(mg·g-1);qt表示t時刻的吸附量(mg·g-1);t表示吸附的時間(min);k1(min-1)和k2(g·mg-1·min-1)分別表示準一級和準二級線性方程的吸附速率常數(shù)。從表3中可以看出準一級線性方程的相關系數(shù)較低,平衡吸附量的計算值與實驗值不相符;而準二級動力學方程的相關系數(shù)較高,R2>0.99,平衡吸附量的計算值非常接近于實驗值,因此ZnNiAl-LDHs和ZnAl-LDHs對甲基橙的吸附符合準二級動力學模型。
2.4吸附機理探討
目前研究認為,類水滑石對陰離子染料的吸附作用主要有外表面吸附和離子交換兩種[30,33]。紅外分析結果已經顯示ZnNiAl-LDHs對甲基橙染料的吸附主要是表面吸附作用。ZnNiAl-LDHs對染料表現(xiàn)出的優(yōu)異吸附性能主要歸因于水滑石具有較大的比表面積和豐富的孔隙協(xié)同作用、靜電作用、水滑石的堿性以及形成的復雜氫鍵網絡等表面吸附作用。首先,ZnNiAl-LDHs水滑石具有較大的比表面積,其比表面積高達156 m2·g-1,由圖3的SEM圖可以看出,ZnNiAl-LDHs具有發(fā)達的孔隙結構,孔隙間彼此交錯,導致了自身具有較大的比表面積,能夠為吸附染料提供豐富的吸附位點,有利于甲基橙在水滑石表面的吸附;其次,ZnNiAl-LDHs水滑石整體帶正電荷;甲基橙染料在溶液中易脫去H+形成陰離子態(tài),能與帶正電荷的水滑石層板產生靜電吸附作用,從而被吸附在水滑石層板的間隙上;再次,ZnNiAl-LDHs水滑石本身呈堿性,而甲基橙陰離子呈酸性,這使得表面吸附作用大大增強;最后,甲基橙染料中含有多個電負性很高的O原子和N原子,它們與ZnNiAl-LDHs水滑石層板上的羥基構成多重氫鍵,最終在水滑石表面形成復雜的氫鍵網絡,有利于其吸附。
2.5水滑石的循環(huán)利用
圖10是循環(huán)利用不同次數(shù)時ZnNiAl-LDHs對甲基橙的吸附去除率。由圖可見,在循環(huán)利用4次后ZnNiAl-LDHs對甲基橙的吸附去除效果依然很好,均保持在90%以上的去除率。這表明ZnNiAl-LDHs是一種可重復使用且性能良好的吸附材料。
表3 ZnNiAl-LDHs和ZnAl-LDHs吸附甲基橙的動力學參數(shù)Table3 Kinetics parameters of the adsorption for MO adsorption onto the ZnNiAl-LDHs and ZnAl-LDHs
圖10 循環(huán)再生次數(shù)對甲基橙吸附去除率的影響Fig.10 Effect of regeneration times on adsorption
采用一步水熱法制備具有多級形態(tài)結構的三元鋅鎳鋁水滑石微球,球的粒徑均勻,為1~2.5 μm,分散性好,比表面積高達156 m2·g-1。用甲基橙模擬染料廢水,研究ZnNiAl-LDHs和ZnAl-LDHs對甲基橙的吸附性能,二者的飽和吸附量分別為329.60和143.47 mg·g-1,說明ZnNiAl-LDHs對甲基橙的吸附能力遠大于ZnAl-LDHs的吸附能力,這主要歸因于ZnNiAl-LDHs微球結構具有更大的比表面積和更多的活性位點。ZnNiAl-LDHs對甲基橙的吸附等溫線和吸附動力學分別符合Langmuir等溫曲線模型和準二級速率模型。ZnNiAl-LDHs重復回收利用4次以后,對甲基橙的去除率依然較高,可達90%以上,是一種可循環(huán)利用的性能良好的環(huán)保吸附材料。
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Preparation and Adsorption Properties of Microspheres of ZnNiAl Layered Double Hydroxides
WANG Lan1GE Sheng-Song*,1SHAO Qian1LI Jian2DU Ling-Yu1
(1College of Chemical and Environmental Engineering,Shandong University of Science& Technology,Qingdao,Shandong 266590,China) (2School of Materials Science and Engineering,Shandong University of Science&Technology,Qingdao,Shandong 266590,Chin a)
Uniform well-defined ZnNiAl-LDHs microspheres have been fabricated via a simple hydrothermal method with Zn(NO3)2·6H2O,Ni(NO3)2·6H2O,Al(NO3)3·9H2O and urea as materials.The phase identification and morphology of the LDHs were characterized by XRD,FTIR,SEM,TEM and N2adsorption-desorption.And the dsorption performance of ZnNiAl-LDHs and ZnAl-LDHs toward methyl orange(MO)was compared.Results how that ZnNiAl-LDHs microspheres have a three dimensional structure which composed of nanosheets,and heir particle size is in the range of 1~2.5 μm.The specific surface area of ZnNiAl-LDHs microspheres is 156 m2·g-1which is much larger than that of ZnAl-LDHs(38 m2·g-1).The saturation adsorbance of ZnNiAl-LDHs and ZnAl-LDHs toward MO are 329.60 and 143.47 mg·g-1,respectively,which shows that ZnNiAl-LDHs exhibits xcellent adsorption performance.The adsorption kinetics and adsorption isotherms of ZnNiAl-LDHs microspheres can be well described by the pseudo-second order kinetic and Langmuir isotherm.
ZnNiAl-LDHs;microspheres;adsorption;methyl orange
O614;O647.32
A
1001-4861(2016)11-1896-09
10.11862/CJIC.2016.262
2016-05-30。收修改稿日期:2016-09-28。
*通信聯(lián)系人。E-mail:geshengsong@126.com,Tel:0532-86057567