磁性水滑石的制备、表征及其吸附刚果红的应用研究

目的]采用水热法制备磁性水滑石材料(MNP-LDH),并以该材料作为吸附剂来吸附水体中的刚果红染料,探究其脱附和循环利用性,同时制备磁纳米四氧化三铁(MNP)和水滑石(LDH)作为对照。方法]采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、红外光谱、比表面积测定仪以及X射线衍射仪对上述材料进行表征;采用静态吸附的方法,以紫外可见分光光度计为检测手段,考察了pH、吸附时间和初始浓度等对材料吸附性能的影响;采用Langmuir吸附等温模型和准二级动力学吸附模型对上述材料进行了热力学和动力学模拟研究;以氢氧化钠为洗脱剂,对MNP-LDH进行了脱附和循环利用性研究。结果]1)由电子显微镜图谱可以看出:MNP-LDH与MNP均呈规则的球型结构,粒径同为100 nm左右,MNP-LDH形成的孔径较裸露的MNP更小;MNP-LDH与LDH的红外光谱图中400~600 cm~(-1)的吸收峰代表Fe—O、Al—O及Mg—O的伸缩振动和弯曲振动,1 300 cm~(-1)附近的吸收峰对应C—O的伸缩振动,3 400 cm~(-1)左右的峰归属于O—H伸缩振动。X射线衍射光谱图显示:MNP-LDH以及MNP都为Fe_3O_4晶型,且出现了MNP-LDH的特征峰;MNP-LDH的单点BET比表面积远大于LDH的单点BET比表面积。2)当pH值从2增至4时,材料对水中刚果红的吸附能力随之明显降低,当pH值达到4以后,吸附容量基本保持平衡,且MNP-LDH的吸附容量大于MNP和LDH的吸附容量。3)随着刚果红初始质量浓度增大,MNP-LDH和MNP对刚果红的吸附容量也不断增大,当质量浓度达到100 mg·L~(-1)后,材料达到吸附饱和。4)随着超声时间延长,MNP-LDH的吸附容量不断增加,10 min以后,材料对不同初始质量浓度刚果红的吸附都达到平衡。5)MNP-LDH和MNP对刚果红的吸附符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学吸附模型。6)0.1 mol·L~(-1)的氢氧化钠可以定量洗脱刚果红,且材料可循环使用4次而脱附率基本没有变化。7)将本材料应用于某工业废水中刚果红的去除分析,待测物的回收率为113%,说明本材料可有效去除实际水样中的刚果红。结论]在pH2.5,刚果红初始质量浓度为150 mg·L~(-1),超声时间为15 min的条件下,MNP-LDH可以达到最大吸附容量265.96 mg·g~(-1);MNP-LDH具有良好的再生性。