Zn-LDHs覆膜改性麦饭石对Cd(Ⅱ)吸附性能及其作用机理研究

采用水浴共沉淀法在碱性条件下制备两种Zn系层状双金属氢氧化物(Zn-LDHs),并对天然麦饭石进行覆膜改性得到Zn-LDHs覆膜改性麦饭石.运用能谱分析仪(EDS)配合场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)检测改性前后麦饭石,及吸附试验后ZnFe-LDHs覆膜改性麦饭石的形貌和元素变化;采用X射线衍射仪(XRD)对天然麦饭石和ZnFe-LDHs覆膜改性麦饭石的结构进行表征;通过等温吸附试验、解吸附试验、吸附动力学试验、吸附热力学试验、不同pH值条件下的吸附试验和竞争离子吸附试验,探究Zn-LDHs覆膜改性麦饭石对Cd(Ⅱ)的吸附效果及其作用机理.结果表明,Zn-LDHs覆膜改性麦饭石对Cd(Ⅱ)的吸附性能显著提升,其中ZnFe-LDHs覆膜改性麦饭石饱和吸附容量(2500 mg·kg~(-1))较天然麦饭石(714.29 mg·kg~(-1))提高了3.5倍;吸附时间、pH值和温度条件均对吸附容量产生影响;Zn-LDHs覆膜改性麦饭石吸附过程更符合Langmuir等温模型、准二级动力学模型、Elovich模型,为均匀的单分子层化学吸附,而天然麦饭石吸附过程符合Freundlich等温模型和准一级动力学模型,吸附类型为非均匀多分子层物理吸附;Zn-LDHs覆膜改性麦饭石热力学参数ΔG~θ0,ΔH~θ0,ΔS~θ0,说明Zn-LDHs覆膜改性麦饭石对Cd(Ⅱ)的吸附是自发放热过程,天然麦饭石吸附则为自发的吸热过程.研究结果可为ZnFe-LDHs覆膜改性麦饭石有效应用于生态工程除Cd(Ⅱ)提供理论依据和技术参考.     

Zn系LDHs负载改性石英砂和沸石对Cr(Ⅵ)吸附效果对比及其作用机理研究

为提升人工湿地常用填料对受污染水体中Cr(VI)的吸附性能,采用水热-共沉淀法在碱性条件下制备了Zn系LDHs涂层负载改性沸石和石英砂填料,并运用场发射扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和BET等手段对改性前后填料的表面形态和化学成分进行了表征.最后,通过等温吸附试验、动力学吸附试验、吸附热力学试验对Zn系LDHs改性填料和天然填料的Cr(VI)吸附效果及其作用机理进行了对比研究.结果表明,通过Zn系LDHs涂层负载,沸石和石英砂对Cr(VI)的吸附类型由以物理吸附为主的多分子层吸附向以化学吸附为主的单分子层吸附转换,有利于吸附水中的Cr(VI);热力学相关参数ΔS~00,ΔG~00,ΔH~00,表明对Cr(VI)的吸附是自发放热过程.相比于天然沸石和石英砂,Zn系LDHs负载改性沸石和石英砂的表面物化性状发生明显变化,最大饱和吸附容量明显提高,尤其是石英砂的最大饱和吸附容量从21 mg·kg~(-1)提升到125 mg·kg~(-1).改性同种天然填料时,ZnAl-LDHs负载改性的效果更佳;而相对于天然沸石的改性,Zn系LDHs负载改性能更有效地提高石英砂对Cr(VI)的吸附能力.因此,本实验中ZnAl-LDHs负载改性石英砂可推荐用于实际人工湿地中Cr(VI)的去除.     

不同类型LDHs负载改性麦饭石对Cr(Ⅵ)吸附性能

在碱性条件下采用水热-共沉淀法,将ZnCl_2、MgCl_2和AlCl_3、FeCl_3等不同2价和3价金属化合物两两组合,生成4种层状双金属氢氧化物(LDHs),并负载于天然麦饭石填料表面;分别通过等温吸附试验、解吸附试验、吸附动力学试验、竞争性吸附试验、不同温度及pH值吸附试验,研究LDHs涂层负载改性麦饭石对Cr(Ⅵ)吸附效果的提升作用.结果表明,改性后的各种麦饭石填料对Cr(Ⅵ)的最大理论吸附量均大于天然麦饭石,其中Zn Al-LDHs改性麦饭石对Cr(Ⅵ)的吸附效果最佳,在最适温度15℃时最大理论吸附量接近天然麦饭石的10倍;同时,解吸附试验发现LDHs的负载可以加强填料的重复利用率.所有填料对Cr(Ⅵ)的吸附热力学参数均为ΔGθ0、ΔHθ0、ΔSθ 0,表明填料吸附Cr(Ⅵ)过程为可自发进行的放热过程;LDHs负载改性麦饭石对Cr(Ⅵ)的吸附过程均符合准二级反应过程,以化学吸附为主.通过选用合适的金属离子组合方式制备不同的LDHs负载改性麦饭石,可达到有效提高麦饭石吸附水体中Cr(Ⅵ)性能的目的.