基于毫伽的层状双氢氧化物(MgAl-LDH)作为吸附剂去除铬的oxyanion从水溶液中。MgAl-LDH使用共同沉淀方法,成功地合成了,并以x射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜和能量色散x射线能谱(SEM-EDX)。MgAl-LDH铬吸附热治疗改善。样本处理在220°C和450°C。总铬的吸附能力的差异可以忽略不计MgAl-LDH之间的观察_000年和MgAl-LDH_220年12.56毫克/克和11.01毫克/克。的最大MgAl-LDH铬吸附容量为88.07毫克/克在500 g / l铬浓度MgAl-LDH已在450°C (MgAl-LDH热处理_450年)。结果表明,在一定温度下热处理MgAl-LDH记忆效应是保留和增强铬去除效率。

最关注的有毒重金属污染物之一是六价铬(Cr)饮用水中由于自然和人为活动。铬污染存在于电镀过程中产生的废水、制革、水泥、采矿、染色和摄影行业[1,2]。

据世界卫生组织(世卫组织)指南,Cr的最大浓度限制为0.05 mg / L饮用水中[3]。铬(VI)是高度移动和被认为是严重毒性和诱变对大多数生物;在人类主要影响皮肤,肝脏,肾脏和呼吸器官,导致各种各样的疾病,如皮炎、肝和肾小管坏死,支气管炎和支气管癌[4]。此外,六价铬比三价铬毒性更强。这是由于容易降低、责任可动性和进入细胞通过表面六价铬的吸收途径。另一方面,三价铬是惰性和pH值经历沉淀在生物无毒性的三价铬(5、6)。

最近开发的水滑石(类),称为hydrotalcite-like化合物,是一类人工合成的二维纳米结构的阴离子粘土可以密切相关,水镁石,Mg (OH) 2 [7]。层状双氢氧化物可以用[M)的一般公式^{2 +}_{1 - x}米^{3 +}_x(哦)₂]^{x +}(一个^nˉ)_{x / n}mH₂啊,米^{2 +}和M^{3 +}分别是二价和三价阳离子;x是米^{2 +}/ M^{3 +}摩尔比和一个^nˉ是一种阴离子。由于独特的物理化学性质,滚动的阴离子物种,和便宜,LDH可用于许多应用,如吸附剂、催化剂前体,医学稳定剂和离子导体。他们有带正电的表面时,在水溶液中。因此,很容易吸附带负电荷的污染物。不仅吸附,而且夹层空间可以发挥主导辊捕获带负电荷的阴离子[8]。由于层间阴离子的可交换性和高电荷密度的床单,LDH在几项研究已经注意吸着剂去除有害阴离子如砷酸[9],氟磷酸盐[10],[11]。

热处理作为一种有效的改性方法是有利于加强衍生品的表面缺陷,有利于内部的反应。教廷类(分层双氧化,定义为LDO)在一定温度下能保持“记忆效应”水解决方案[12]。

在这项研究中,毫伽层状双氢氧化物(MgAl-LDH)热处理在220°C和450°C。这两个温度MgAl-LDH结构的主要改变。因此,三种类型的LDH包括uncalcined MgAl-LDH,煅烧在220°C和450°C选择从溶液中铬的吸附研究。因此,我们调查了什么样的改变会发生特别是结构三种吸附剂吸附后的铬的吸着剂。

材料

六水合氯化镁(MgCl₂h·6₂O)、铝氯六水合物(AlCl₃h·6₂O)、氢氧化钠(氢氧化钠),carbonite钠(Na₂有限公司₃)和重铬酸钠二水合物(Na₂Cr₂O₇h·2₂O)与分析年级被用于合成的LDH和购买从西格玛奥德里奇有限公司有限公司,使用前未经纯化。使用去离子水在合成和治疗过程。

MgAl-LDH的合成和热治疗

MgAl-LDH合成吸附剂使用传统共同沉淀方法[13]。在一个典型的过程,MgCl 24.1 g₂h·6₂O(0.198米)和9.6 g的间变性大细胞淋巴瘤引起₃h·6₂O(0.0662)溶解在600厘米³蒸馏水(方案1)。解决方案2是由溶解31.8 g的Na₂有限公司₃在400厘米(0.3米)₃蒸馏水。解决方案1和2 1 L蒸馏水不断搅拌下加入25°C的温度(环境温度),然后混合溶液的pH值保持在10通过添加1 M氢氧化钠。混合物是年龄在60°C 4 h,然后沉淀分离了滤纸,用蒸馏水洗净。湿固体干在50°C 24 h获取MgAl-LDH。MgAl-LDH的热处理是在烤箱在220°C和450°C的温度4小时在空气中。10 g MgAl-LDH拍摄的热处理。热处理后的质量损失MgAl-LDH在220°C和450°C分别为18%和37.5%,分别。

吸附实验

原液的铬(VI)是由溶解Na₂Cr₂O₇h·2₂O在去离子水。消除铬吸附动力学是研究的时间范围从0.5分钟到1440分钟与恒定浓度的铬100 mg / l与化合物治疗(MgAl-LDH MgAl-LDH_000年在220°C)和MgAl-LDH热处理(MgAl-LDH_220年)。与热处理MgAl-LDH在450°C (MgAl-LDH_450年)使用铬浓度500 mg / l。所有实验的不断搅拌下进行200 rpm。吸附等温线进行了25°C初始pH值为7.0,与吸附剂剂量一直5 g / l。溶液的pH值调整到所需的值通过添加少量盐酸、氢氧化钠溶液和0.1 N的浓度。

测量

x射线衍射模式记录使用CuKα辐射(n = 1.5418Ǻ)在40 kV飞利浦PW1800衍射仪操作和40 mA 0.25°发散狭缝,0.5°anti-scatter狭缝,1.5和20°之间的步长(2θ)0.0167°。扫描电子显微镜(SEM, s - 3400 N,日立,东京,日本)配备能量色散x射线(EDX)使用。pH值测量与数字酸度计(pH300,汉娜仪器、意大利)。热重和差热分析(TGA和DTA)进行了使用TG / DTA7300(日立Exstar) 25 - 970°C的温度范围与升温速率5°C /分钟的气流(100立方厘米/分钟)。铬浓度溶液中的紫外可见分光光度法测定方法在450海里。bh - 1200马弗炉是用于MgAl-LDH的热处理。

XRD的MgAl-LDH_000年:合成MgAl-LDH为特征的XRD图1所示。它显示了三个类夏普和对称峰值较低2Ө(003)和(006),这是一种层状材料的特征。

SEM图像SEM-EDX分析:MgAl-LDH的形态_000年在SEM谱的特征。如图2所示,一个典型的hydrotalcite-like结构和秩序显然展出。的MgAl-LDH_000年被观察到的组织分布的纳米粒子与分层结构的两倍。分层的双重结构之间的距离测量约20 - 30 nm。的比例为描述MgAl-LDH金属是一个重要的参数_000年化合物和Mg的摩尔比率是2.57毫克/ Al的初始比例一致。

MgAl-LDH DTA和TGA分析_000年:图3显示了TGA和DTA的MgAl-LDH模式。在DTA曲线上,第一个吸热峰发生在182°C,它停止在223°C。急剧下降TGA曲线205°C代表夹层和吸附水的损失。第二个吸热过程是发生在393°C,它结束了在440°C。TGA曲线的斜率下降到440°C后吸热过程。层间羟基和碳酸盐的分解阴离子发生在223 - 440°C的范围(13、14)。热处理是一种有利的方法来提高表面缺陷的衍生品和内心的反应。特定温度下热处理MgAl-LDH可以在水溶液中保留“记忆效应”。此外,MgAl-LDH很容易转移到符合混合氧化物通过加热到一定温度通常涉及脱水在220°C, dihydroxylation,阴离子在450°C和分解:

1。脱水(100 - 220°C): [M²_{1 - x}米³_x(哦)₂]^x+ (^{n -})_{x / n}.mH₂O^→[M²_{1 - x}米³_x(哦)₂]^{x +}(一个^{n -})_{x / n}

2。脱羟基(350 - 450°C): [M²_{1 - x}米³_x(哦)₂]^x+ (^{n -})_{x / n}^→[M²_{1 - x}米³_xO)^{x +}(一个^{n -})_{x / n}

3所示。分解的阴离子(420 - 450°C): [M²_{1 - x}米³_xO)^{x +}(一个^{n -})_{x / n}^→米²_{1 - x}米³_xO_{1 + x / 2}(博_y)

在薄熙来_y)表示分解阴离子的种类(15,7)。根据DTA和TGA数据,物理化学特征MgAl-LDH改变在220°C和450°C的温度。因此,MgAl-LDH热处理在220°C和450°C。

XRD的MgAl-LDH_000年、MgAl-LDH MgAl-LDH_450年:图4显示了x射线衍射模式的合成和热治疗类。图4是hydrotalcite-like模式的典型模式。对于MglAl-LDH_220年,观察了MglAl-LDH相当大的变化_220年和MglAl-LDH_450年。的密集和夏普反射(003)飞机在12.9°MgAl-LDH 2θ值_000年MglAl-LDH转移到15.3°_220年。另一方面,一个广泛的非对称反射MgAl-LDH 2θ值更高_000年是MgAl-LDH消失了_220年由于加热到220°C和层间氢化物。对于MglAl-LDH_450年,MgAl-LDH的定义良好的衍射峰_000年取而代之的是广泛的山峰,因此代表了一个贫穷的远程命令的阶段。纳米晶体材料具有非常微小的纳米粒子,甚至一个非晶相对应于这些广泛的山峰[12]。

研究吸附铬(VI) MgAl-LDH_000年,MgAl-LDH_220年,MgAl-LDH_450年

pH值对铬的吸收的影响:图5显示了在MgAl-LDH吸附铬的定量分析_000年,MgAl-LDH_220年,MgAl-LDH_450年在pH值增加。曲线的差异可以解释为吸附剂的固有的化学和物理性质。随着pH值降低,吸附剂与铬反应显示更明显。在酸性介质中,吸附剂高度的质子化了的,这个特点增加了吸引效应oxyanions由于缺乏负电荷。铬吸附被发现显著影响解决方案博士MgAl-LDH克之一_450年在pH值5.0是吸附108.7毫克的铬L水溶液代表最大的吸附。然而,MgAl-LDH铬吸附_220年是低于MgAl-LDH_000年。这可以解释收缩张氧化毫伽的飞机之间的差距。的最大吸附MgAl-LDH_000年和MgAl-LDH220 pH3 11.79毫克/克和6.85毫克/克,分别。吸附容量MgAl-LDH_450年大约是9倍MgAl-LDH的价值_000年。这是解释为主要阴离子交换机制参与吸附剂上的吸附铬。MgAl-LDH可以将离子从溶液由三个不同的外部表面上吸附等机制,由阴离子交换夹层,夹层的重建煅烧材料[16]。这意味着,MgAl-LDH的晶体结构_450年被破坏,非晶态纳米材料类型在450°C和毫伽氧化物可以获得两倍。MgAl-LDH450重建和再结晶的发生是由于记忆效应的LDH[7]铬吸附时发生。

图6显示了铬的吸附动力学的初始溶液的pH值7.0测量三种吸附剂。它表明,吸附率大幅增加了360分钟,然后几乎稳定到700分钟。此外,平衡是MgAl-LDH发生_450年。MgAl-LDH吸附率_220年和MgAl-LDH_000年增加了几秒钟,达成平衡。然而,后者吸附剂的吸附与MgAl-LDH相比非常低_450年。

图7显示了三种吸附剂的吸附能力当铬的浓度增加,pH值7。有观察MgAl-LDH之间没有明确的区别_000年,MgAl-LDH_220年。铬对吸附剂的吸附增加到11毫克/克当溶液中铬浓度达到500 mg / l。后增加铬浓度超过500 mg / l,吸附降低可能是由于解吸过程可能同时发生。对于MgAl-LDH_450年吸附容量大大增加,直到溶液中铬浓度达到500 mg / l。因此,平衡甚至发生浓度增加到1000 mg / l。MgAl-LDH的总能力_000年,MgAl-LDH_220年,MgAl-LDH_450年12.56毫克/克,11.01毫克/克,分别和88.07毫克/克。

结构的某些变化的三种吸附剂是吸附铬后发生。图8代表了三种吸附剂和吸附铬XRD的模式。几乎没有区别图8图8 (a)和(b)。一个广泛的MgAl-LDH顶点_220年15.22 o转移到12.94°,这正是高峰重叠MgAl-LDH(003)反射面。因此,所有的x射线衍射峰与Cr MgAl-LDH220 MgAl-LDH的山峰_000年。这表明热处理MgAl-LDH在220°C的结构被破坏、脱水一定程度。MgAl-LDH的记忆效应是强大的重构的基本结构时蘸解决方案,无论多少oxyanion的解决方案。对于MgAl-LDH_450年Cr,记忆效应影响创建MgAl-LDH的原始结构。碳酸盐和MgAl-LDH羟基_450年失去了主要结构。因此,重建MgAl-LDH_450年并不好,尽管如此,一些峰值出现在XRD MgAl-LDH模式_450年与Cr度13.04°,26.1°,40.46°,重新安排的MgAl-LDH晶体表示。

目前的研究表明,MgAl-LDH在特定温度下的热处理可以提高铬吸附水溶液的8倍。

MgAl-LDH被简单的共同沉淀方法合成。hydrocalcite像化合物的合成由XRD证实。MgAl-LDH的形态识别SEM-EDX和代表组织分布的纳米粒子。合成MgAl-LDH的厚度约为20 - 30 nm。热处理MgAl-LDH在220°C, 450°C,它代表了部分分解结构。MgAl-LDH的吸附能力_000年,MgAl-LDH_220年,MgAl-LDH_450年12.56毫克/克,11.01毫克/克,pH值和88.07毫克/克7,分别。记忆效应还在MgAl-LDH_450年样本,尽管MgAl-LDH深感被破坏,非晶态纳米材料如毫伽双重氧化。

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