水滑石基苯酚选择性吸附材料的制备及再生研究

(资料图)

引用本文:刘炬, 张柏源, 王思阳, 等. 水滑石基苯酚选择性吸附材料的制备及再生研究[J]. 化学试剂，2023，45（4）:128 - 135.

DOI:10.13822/j.cnki.hxsj.2022.0813

背景介绍

随着世界经济的快速发展，现代化工业水平不断提升，工业现代化在推动社会快速发展的同时，也对环境造成了极大的负担，尤其是工业污水的排放。目前，水资源短缺和污染已经成为制约世界各国经济发展的重要因素。因此，工业废水治理及再生利用就成为各工业化国家政府节约用水的重要措施，具有非常重要的研究价值。

本文亮点

1

揭示了LDHs不同的金属元素组成、比例以及溶液pH值对苯酚及硝基苯吸附的影响规律；

2

经过5次循环，Mg₂Al-CMCD LDH的吸附率仍达86.7%，具有很好的循环再生能力；

3

为废水中苯酚类物质选择性吸附材料的设计与制备提供了新的思路和途径。

内容介绍

1 实验部分

2 结果与讨论

2.1改性环糊精结构表征

图1为环糊精 （β-CD） 和改性环糊精 （CMCD） 的 FT-IR 图。从图中可以看出，β-CD在3350 cm^-1为-OH的伸缩振动峰，2931 cm^-1为C—H键的伸缩振动峰，1650、1420和1026 cm^-1等为C—O键的伸缩振动峰。

2.2LDHs基吸附材料结构表征

图 2a 为 LDHs 基吸附材料的 X 射线衍射图。从图中可以看出，合成的NO₃-LDHs（曲线 1～4 ）在 2θ角为 10.0°、20.0° 处分别出现了特征的 （003） 和 （006） 衍射峰，峰形对称，半峰宽较窄，而且没有其他杂质峰，证明合成的不同金属离子NO₃-LDHs具有较好的晶型结构。 图 2b 为 LDHs 基吸附材料的 FT-IR 图 。 从图中可以看出，不同金属离子 NO₃-LDHs 在 1384 cm^-1处均出现了 NO₃^-的伸缩振动峰 （ 曲线 1 ～ 4 ）， 证明水滑石层间存在 NO₃^-，而未在 1360 cm^-1处发现明显的吸收峰，说明层间不存在 CO₃^2-。

2.3LDHs基吸附材料的形貌表征

图 3 为 LDHs 基吸附材料的TEM图。从图中可以看出，合成的 NO₃-LDHs （ 图 3a ~ 3d ） 均呈现出典型水滑石六方片状结构，尺寸在 40 ~ 120 nm 范围内。

2.4LDHs基吸附材料对苯酚的吸附性能

图 4 是LDHs基吸附材料对苯酚的吸附平衡时的容量图。从图中可以看出， CMCD 插层在水滑石层板间大大提高了其对苯酚的吸附性能，吸附量从 0.67 ~ 1.22 mg/g 提升到 3.42 ~ 6.27 mg/g ， 这是由于 CMCD 空腔尺寸与苯酚分子大小相近，结构含有羟基能与苯酚形成氢键，从而显著增大苯酚的吸附能力。

2.5pH值对苯酚（硝基苯）吸附性能的影响

由于 Mg₂Al-CMCD LDH 对苯酚吸附效果最佳，因此进一步探究不同 pH 值条件下 Mg₂Al-CMCD LDH 对苯酚（硝基苯）的吸附能力，由图 5 可以看出， pH 6 ~ 8 范围内苯酚（硝基苯）吸附量较为稳定，当 pH 6 时，对苯酚的吸附容量最大，为 6.27 mg/g ；当 pH 6 时，对硝基苯吸附量最大，为 1.80 mg/g 。

3 结论

3.1 LDH层板元素组成和金属离子比值对苯酚的选择性吸附具有显著的影响。

3.2将Mg₂Al-CMCD LDH对苯酚表现出显著的选择吸附性，主要是因为CMCD孔径与苯酚分子大小相近，并含有可与苯酚形成氢键的羟基，能产生较强的结合能力，从而表现出对苯酚的选择吸附性能。

3.3利用无水乙醇对吸附苯酚后的Mg₂Al-CMCD LDH进行再生，经过5次循环，Mg₂Al-CMCD LDH的吸附率仍达86.7%，通过XRD验证可知，脱附后的Mg₂Al-CMCD LDH晶体结构依旧完整，CMCD在层板间稳定存在，说明Mg₂Al-CMCD LDH具有很好的循环再生能力。