袁秋蘭，吳曉莉，張智軍

（龍巖學院化學與材料學院，福建龍巖364000）

Mg/Al/Cu類水滑石焙燒產(chǎn)物對茜素黃GG的吸附

袁秋蘭，吳曉莉，張智軍

（龍巖學院化學與材料學院，福建龍巖364000）

采用共沉淀法以不同的Mg2+、Al3+與Cu2+摩爾比制備一系列的鎂鋁銅三元類水滑石(Cu/Mg/Al-HTLc)，并研究了鎂鋁銅類水滑石的焙燒產(chǎn)物(HTLc-500)對陰離子染料茜素黃GG的吸附特征。分別考察了不同鎂鋁銅摩爾比的HTLc-500、吸附劑投放量、反應(yīng)溫度、染料的初始濃度等因素對HTLc-500吸附陰離子染料茜素黃GG的影響。結(jié)果表明，對于含有20 mg/L的茜素黃GG模擬廢水溶液，鎂鋁銅摩爾比為8∶10∶22的類水滑石，投放量為25 mg，在25℃下反應(yīng)360 min，去除率可達到99.14％。

類水滑石；茜素黃GG；吸附；三元類水滑石

如今染料污染物是全球性的重要污染物之一。目前生產(chǎn)用的染料絕大部分為人工合成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、高濃度、高色度、毒性強、降解難，所以染料廢水一直是工業(yè)廢水處理的難點[1]。目前國內(nèi)外對于染料廢水的處理方法主要包括生物法[2]、氧化法[3-5]、吸附法[6]、絮凝沉淀法[7]和電化學法[8]等。但這些方法反應(yīng)速度慢，運行和回收成本高，而吸附法[9-10]是一種處理染料廢水的簡單有效方法。

類水滑石化合物(HTLc)是由二價金屬離子和三價金屬離子組成的帶正電荷層和層間填充陰離子所構(gòu)成的層狀化合物[11-12]，其化學通式為[M2+1-xM3+x(OH)2]x+Ax-x/n·mH2O，具有層間離子交換性能[13]和記憶效應(yīng)[14]兩大特性。經(jīng)高溫焙燒的HTLc其層狀結(jié)構(gòu)被破壞，以雙金屬氧化物形式存在。它在水體中可通過吸收陰離子恢復(fù)其層狀結(jié)構(gòu)，這種獨特的結(jié)構(gòu)記憶效應(yīng)使得焙燒態(tài)類水滑石化合物可作為高效陰離子吸收劑。

本文采用共沉淀法制備鎂鋁銅三元類水滑石，用金屬離子Mg2+、Al3+、Cu2+的混合溶液在堿作用下發(fā)生共沉淀制備一系列不同比例的HTLc，并考察500℃焙燒產(chǎn)物HTLc-500對茜素黃GG模擬廢水的吸附效果和影響吸附效果的因素。

1 實驗部分

1.1 主要儀器及試劑

DX-2700型X射線粉末衍射儀（丹東方圓儀器有限公司），測定參數(shù)：Cu靶、Kα輻射、角度為3° ～70°、掃描速度為0.08°/s；80-2B型臺式離心機（上海安亭科學儀器廠）；WJF-2000型可見分光光度計（UNICO公司），測定波長：362 nm。

茜素黃GG（AR，國藥集團化學試劑有限公司）、Mg(NO3)2·6H2O（AR，西隴化工股份有限公司）、Al (NO3)3·9H2O（AR，西隴化工股份有限公司）、Cu(NO3)2·3H2O（AR，西隴化工股份有限公司）、NaOH （AR，西隴化工股份有限公司）、Na2CO3（AR，西隴化工股份有限公司）。

1.2 鎂鋁銅類水滑石(HTLc)及其焙燒產(chǎn)物的制備

在500 mL三頸燒瓶中加入一定鎂鋁銅摩爾比的Mg(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O、Cu(NO3)2·3H2O，在40℃下，強烈攪拌下滴加物質(zhì)的量之比為1∶1的NaOH和Na2CO3混合溶液，保持pH值在9.5～10，滴加完畢后繼續(xù)攪拌60 min，于65℃靜置老化18 h以后抽濾，用去離子水洗滌至中性，將所得樣品于80℃干燥12 h，500℃焙燒5 h，研磨破碎，過100目篩得到HTLc-500，保持干燥備用。

1.3 吸附實驗

在150 mL質(zhì)量濃度為20 mg/L的茜素黃GG染料模擬廢水中，加入20 mg的HTLc-500(投加量以固含量計)，在一定溫度下攪拌一段時間后，量取5 mL反應(yīng)后的茜素黃GG模擬廢水溶液于離心管中，離心取上層清液，用可見分光光度計在362 nm處測定其吸光度，用下式計算HTLc-500對茜素黃GG的去除率，η=(C0-C)/C0，其中C0、C分別為吸附前和吸附后茜素黃GG溶液的濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 Mg/Al/Cu-LDHs及HTLc-500的表征

采用DX-2700型X射線粉末衍射儀對Mg/Al/Cu-HTLc及HTLc-500結(jié)構(gòu)進行表征，Mg/Al/Cu-LDHs及HTLc-500的XRD譜圖如圖1所示。

圖1 不同鎂鋁比例Mg/Al/Cu-LDHs及HTLc-500的XRD譜圖

如圖1所示，曲線a為HTLc粉末的XRD圖譜，由共沉淀法制得的HTLc樣品在2θ值較低處有較為尖銳的特征峰，表明了層狀結(jié)構(gòu)的存在。從類水滑石的XRD圖譜看到HTLc樣品具有8個相對衍射強度較大的特征衍射峰，分別對應(yīng)于HTLc的（003）、（006）、（009）、（012）、（015）、（018）、（110）和（113）晶面，其所對應(yīng)的2θ值分別為11.81°、17.56°、23.48°、34.67°、39.07°、46.67°、60.08°和61.60°。XRD圖的基線低平并且峰形尖銳，表明所合成的三元類水滑石具有較良好的晶形。

三元類水滑石經(jīng)500℃焙燒后結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯改變（曲線j），與曲線a對比，層狀衍射峰（003、006、009、012、015、018、110、113）強度很弱并發(fā)生寬化，層狀結(jié)構(gòu)基本消失。各衍射峰之間的比例也發(fā)生明顯改變。實驗同時發(fā)現(xiàn)，在2θ為35.56°和38.75°附近出現(xiàn)較強的衍射峰，即CuO所對應(yīng)的特征峰，說明HTLc-500可能具有類水滑石所沒有的介孔結(jié)構(gòu)。

從圖1上可以觀察到曲線c～g分別在2θ為43.25°和62.35°附近出現(xiàn)了較強的衍射峰，即MgO所對應(yīng)的特征峰，而曲線e～k分別在2θ為35.57°和38.74°附近出現(xiàn)了較強的衍射峰，即CuO所對應(yīng)的特征峰。這進一步說明了焙燒態(tài)水滑石可能具有水滑石所沒有的介孔結(jié)構(gòu)。此類結(jié)構(gòu)對于材料的吸附與催化性能等具有重要影響。并且從曲線c～k可以看出隨著鎂含量的減少其MgO特征峰強度逐漸減弱而隨著銅含量的增加其CuO特征峰強度逐漸增強，這是由于含量較低時，特征峰不明顯難以辨別。

曲線b為HTLc-500粉末吸附茜素黃GG染料模擬廢水后的XRD圖譜，與曲線a對比，層狀衍射峰(003)、(006)、(012)、(015)、(113)得到恢復(fù)，說明在水體中HTLc-500可重新吸收陰離子使得層狀結(jié)構(gòu)得以恢復(fù)，這種獨特的結(jié)構(gòu)記憶效應(yīng)使得HTLc-500對陰離子型的茜素黃GG模擬廢水具有非常好的吸附性能。

2.2 不同影響因素對吸附效果的影響

2.2.1 n(Mg)∶n(Al)∶n(Cu)

不同n(Mg)∶n(Al)∶n(Cu)配比的HTLc-500試樣對茜素黃GG染料模擬廢水進行吸附，結(jié)果如圖2所示，不同n(Mg)∶n(Al)∶n(Cu)配比的三元類水滑石具有不同的層間結(jié)構(gòu)，對吸附具有較大影響。當鎂鋁銅摩爾比達到適當值時，則能得到適用于吸附茜素黃GG的理想層間結(jié)構(gòu)，否則鎂鋁銅摩爾比超出此范圍則吸附效果減弱。由于Cu2+的離子半徑比Mg2+大，隨著Cu2+取代Mg2+的含量增大，所形成的不同層間距對茜素黃GG模擬廢水的吸附效果產(chǎn)生影響，當n(Mg)∶n(Al)∶n(Cu)達8∶10∶22時，HTLc達到理想結(jié)構(gòu)，具有最佳的層間距，HTLc-500的投放量為20 mg時，對茜素黃GG的去除率可達到86.40％，而在未焙燒態(tài)下吸附效果明顯較差，去除率為59.11％。

圖2 不同鎂鋁銅摩爾比的HTLc-500對吸附茜素黃GG的影響

2.2.2 HTLc-500的投放量對吸附的影響

分別用不同投放量的HTLc-500對茜素黃GG染料模擬廢水吸附，結(jié)果如圖3所示，HTLc-500的投放量逐漸增多，HTLc-500對茜素黃GG的吸附效果越來越明顯，去除率逐漸提高，這是由于HTLc-500的投放量增多了，但茜素黃GG染料模擬廢水溶液的濃度不變，因此單位體積的茜素黃GG染料模擬廢水溶液接觸的HTLc-500的量增多，HTLc-500對茜素黃GG的去除率也隨之增大。當HTLc-500的投放量達25 mg時，HTLc-500對茜素黃GG的吸附效果達到最佳，其去除率可以達到99.14％，即茜素黃GG被HTLc-500幾乎完全吸附。而當HTLc-500的投放量繼續(xù)增加時，HTLc-500對茜素黃GG的吸附效果反而下降。因為HTLc-500過多顆粒之間相互吸附、團聚趨勢增加，相互掩蓋其表面活性位，造成與茜素黃GG實際接觸的表面活性位減少，反而抑制HTLc-500對茜素黃GG的吸附。

圖3 HTLc-500的投放量對吸附茜素黃GG的影響

2.2.3 反應(yīng)溫度對吸附的影響

反應(yīng)溫度對茜素黃GG染料模擬廢水進行吸附實驗其結(jié)果如表1所示：反應(yīng)溫度的升高，不利于HTLc-500對茜素黃GG的吸附，去除率逐漸降低。HTLc-500對茜素黃GG的物理吸附占的比重大，提高溫度會抑制物理吸附的進行，對HTLc-500的吸附性能有一定的影響。因此選擇低溫下進行吸附實驗，故應(yīng)控制反應(yīng)溫度為25℃。

表1 不同的反應(yīng)溫度對茜素黃GG染料模擬廢水的吸附效果

2.2.4 染料的初始濃度對吸附的影響

HTLc-500投放量為25 mg，并對不同初始濃度茜素黃GG染料模擬廢水進行吸附實驗，結(jié)果如圖4所示，隨著茜素黃GG染料模擬廢水的初始濃度的提高，去除率逐漸升高，當茜素黃GG染料模擬廢水的初始濃度達20 mg/L時，其去除率可以達到99.14％，但當茜素黃GG染料模擬廢水的初始濃度超過20 mg/L時，去除率逐漸降低。這是因為當茜素黃GG染料模擬廢水的初始濃度在20 mg/L以內(nèi)時，相當于HTLc-500含量過多，HTLc-500投放量過多會抑制HTLc-500對茜素黃GG吸附，當茜素黃GG染料模擬廢水的初始濃度繼續(xù)升高時，超過了HTLc-500對茜素黃GG的吸附能力，因此，去除率逐漸降低。故茜素黃GG染料模擬廢水吸附的最佳初始濃度為20 mg/L。

圖4 染料的初始濃度對HTLc-500吸附茜素黃GG的影響

3 結(jié)論

用沉淀法制備鎂鋁銅三元類水滑石的合成條件溫和且容易控制，制備的三元類水滑石具有良好的結(jié)晶度。通過HTLc-500吸附茜素黃GG染料模擬廢水表明：HTLc-500對茜素黃GG染料具有良好的去除效果。焙燒態(tài)鎂鋁銅水滑石吸附20 mg/L的茜素黃GG的最優(yōu)條件是：n(Mg)∶n(Al)∶n(Cu)為8∶10∶22的HTLc-500，投放量為25 mg，25℃下反應(yīng)360 min，去除率最高可以達到99.14％。

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Adsorption of Alizarin Yellow GG Dye in Wastewater by Calcined Mg/Al/Cu Hydrotalcite-like Compound

YUAN Qiu-lan，WU Xiao-li,ZHANG Zhi-jun
（College of Chemistry and Material Science,Longyan University,Longyan 364000）

A series of Mg/Al/Cu hydrotalcite-like compounds(Mg/Al/Cu-HTLc)with different n(Mg)/n(Al)n(Cu)were prepared by the coprecipitation method,and the removal of alizarin yellow GG by calcined HTLc-500 was investigated.The effect of HTLc-500 different ratio,amount of adsorbent,temperature and initial dye concentration were studied.The results show that 99.14％alizarin yellow GG was adsorbed by 25mg calcined HTLc-500(8:10:22)at 25℃after 360min of reaction while in 150mL alizarin yellow GG solution with the concentration of 20mg/L.

hydrotalcite-like compound;alizarin yellow GG;adsorption;Mg/Al/Cu-HTLc

TQ132.2

A

1673-4343（2013）04-0078-05

2013-01-20

龍巖學院大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（201207)）

袁秋蘭，女，福建上杭人，講師。研究方向:應(yīng)用化學。