镁铝双金属氢氧化物改性硬硅钙石对铅离子的吸附研究

镁铝双金属氢氧化物改性硬硅钙石对铅离子的吸附研究摘要：采用水热合成法制备硬硅钙石，再采用水热共沉淀法将Mg(II)、Al(Ⅲ)金属盐在碱性条件下对硬硅钙石进行改性，合成镁铝双金属氢氧化物改性硬硅钙石。将镁铝双金属氢氧化物改性硬硅钙石放置在含Pb2+的模拟废水中进行吸附研究，同时将材料用FT-IR和SEM进行结构表征。结果表明，镁铝双金属氢氧化物改性硬硅钙石对Pb2+溶液初始浓度为300mg/L、吸附剂用量0.04g、40min吸附时间、pH=6.4、T=313.15K条件下，吸附容量727.55mg/g，去除率97.01%。镁铝双金属氢氧化物改性硬硅钙石对铅离子的吸附更符合Freundlish等吸附等温曲线，相关系数都在0.97以上。动力学分析发现，镁铝双金属氢氧化物改性硬硅钙石对铅离子的吸附，既符合准一级动力学方程，又符合准二级动力学方程，相关系数均大于0.99。关键词：镁铝双金属氢氧化物改性硬硅钙石；铅(Ⅱ)；吸附；等温吸附；动力学模型AdsorptionofPb(Ⅱ)inWastewaterbyMagnesiumAluminumDoubleMetalHydroxideModifiedXonotliteAbstract:Xonotlitewerepreparationedbyhydrothermalsynthesismethod.Hydrothermal-coprecipitationmethodwasusedtocombinedifferentbivalentandtrivalentmetalcompounds,suchasAl(NO)3·9H2O,Mg(NO)3·6H2O,xonotlite,toformMagnesiumAluminumDoubleMetalHydroxideModifiedXonotlite(Mg-Al-LDHs-CSH)inalkalineconditions.ThestudycombinedFT-IRandSEMtoanalyszethecrystalstructureandfunctiongroupbeforeandafteradsorptionleadionontheMg-Al-LDHs-CSH.Thismaterialisusedtoadsorbleadionsinwastewaterandtheadsorptionmechanismofmagnesium-aluminumdouble-metalhydroxidemodifiedxonotliteasadsorbentforleadionswasdiscussed.TheexperimentinvestigatedtheeffectsofpH,adsorbentdosage,adsorptiontime,initialconcentrationofleadionsandreactiontemperatureonadsorption.OptimumadsorptionconditionswerefoundtobeinitialpHof6.4,Mg-Al-LDHs-CSHdosageof0.04g,initialPb(II)ionconcentrationof300mg/lat313.15Kandcontacttimeof40min.TheadsorptioncapacityandremovalrateofMg-Al-LDHs-CSHforPb(II)ionswasfoundtobe727.55mg/gand97.01%atoptimumconditions.TheadsorptiondatafromMg-Al-LDHs-CSHexperimentscouldbewelldescribedbythepseudo-second-orderkineticmodelandthefirst--orderkineticmodel.TheadjustedRsquaredforthesecond-orderkineticmodelandthefirst--orderkineticmodelweremorethan0.99.TheLangmuirandFreundlichisothermswerealsostudiedanddatawerebetterfittedwiththeFreundlichisotherm.Keywords:Mg-Al-LDHs-CSH;Adsorption;Pb(Ⅱ);Adsorptionisothermal;Adsorptionkinetics目录1.绪论 11.1含铅水体污染来源、危害及处理方法 11.1.1水体中铅离子污染来源 11.1.2铅离子对人类的危害 21.1.3含铅离子污染水体处理方法 21.2硬硅钙石研究现状 21.3研究意义 31.4研究内容 32.MgAl-LDHs-CSH的制备及表征 32.1实验仪器和试剂 32.2硬硅钙石的制备 52.3MgAl-LDHs-CSH的制备及几种材料对铅离子吸附能力的对比 52.3.1Pb(Ⅱ)标准曲线的绘制 5图2-1Pb(Ⅱ)标准曲线 62.3.2MgAl-LDHs-CSH的制备 62.3.3MgAl-LDHs-CSH对铅离子吸附能力的对比 72.4镁铝双氢氧化物改性硬硅钙石的表征 92.4.1红外光谱分析 92.4.2电镜分析 92.4.3MgAl-LDHs-CSH零电点的测定 103.MgAl-LDHs-CSH对铅(Ⅱ)的吸附 ]的计算，准二级动力学方程的表达式为：dQt/dt=K2(Qe-Qt)式中：Qe为平衡时吸附容量(mg/g)，Qt为t时刻时吸附容量(mg/g),K2为准二级吸附速率平衡常数((g/mg)/min)。对上式分离变量、积分后，得：t/Qt=1/K2Qe2+t/Qe由t对t/Qt作图，得：图4-4MgAl-LDHs-CSH吸附Pb2+的准二级动力学吸附曲线实验相关系数为1，表明MgAl-LDHs-CSH吸附铅离子符合准二级动力学模型。对比图4-3、4-4，MgAl-LDHs-CSH吸附Pb2+既符合准一级动力学方程，又符合准二级动力学方程。相关系数均大于0.99，表明MgAl-LDHs-CSH吸附铅离子符合准二级动力学模型。结论MgAl-LDHs-CSH吸附Pb2+在pH=6.4，吸附剂用量0.04g，Pb2+浓度300mg/L，温度为313K，时间40min条件吸附效果最佳，去除率97.01%、吸附容量727.55mg/g。综上所述，MgAl-LDHs-CSH较改性前吸附效果有较大提升。参考文献刘勇,王成军,冯涛.土壤中铅污染源解析研究[J].西北大学学报(自然科学版),2015,45(01).147-151.方靖.大气细颗粒物中铅的污染水平以及其在水稻中的累积[D].杭州,浙江大学,2018.3-4.黄萍.PI3K/Akt信号通路参与铅损伤血—视网膜屏障的实验研究[D].西安,第四军医大学,2013.4-7.李旭恒.石墨烯电极在电化学法去除水体铅离子中的应用研究[D].长春,中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所),2017.13-15.冯西平,冯婷希.亚硫酸氢钠处理电镀废水中铬的实验研究[J].电镀与环保,2018,38(01).64-67.张秀红,王文轩,张廉等.利用剩余污泥制备微生物絮凝剂及其絮凝性能与机理分析[J].环境工程,2019,37(03).50-54.陈璐.生物炭与刺苦草联合修复湖泊水体铜污染研究[D].南昌,南昌工程学院,2018:26-36.徐婷.以膜分离为主的物化系统对城市污水污染因子的分离特性分析[D].苏州,苏州科技大学,2018.32-36.SVMousavi,ABozorgian,NMokhtari,etal.Anovelcyanopropylsilane-functionalizedtitaniumoxidemagneticnanoparticlefortheadsorptionofnickelandleadionsfromindustrialwastewaterr:Equilibrium,kineticandthermodynamicstudies[J].MicrochemicalJournal,2019,145:914-920.ZBadani,HAit-Amar,ASi-Salah.Theinhibitiveeffectofleadconcentrationonthebiologicaltreatmentofwastewaterofoilwelldrillings[J].Desalination,2006,206(1):295-299.林蕊.纳米Fe3O4负载气单胞菌吸附法处理含铅废水的性能研究[D].成都,西南交通大学,2018.44-57.刘苛,龚继来,曾光明,等.磁性多壁碳纳米管吸附亚甲基蓝和铜(Ⅱ)[J].环境工程学报,2016,10(09):4961-4967.肖宇,彭忠泽,封金鹏.钙硅原料对水热合成纳米硬硅钙石纤维的影响[J].矿产保护与利用,2018(06):94-97+102.FLiu,XDWang,JXCao.EffectofUltrasonicProcessonCarbideSlagActivityandSynthesizedXonotlite[J].PhysicsProcedia,2012,25:56-62.唐振华,马淑花,王月娇,郭曦尧,郑诗礼.硬硅钙石晶须的水热合成[J].过程工程学报,2013,13(06):1047-1051.KYanagisawa,QFeng,NYamasaki.HydrothermalSynthesisofXonotliteWhiskersbyIonDiffusion[J].J.Mater.Sci.Lett,1997,16(11):889-891.王坤英,李建平,肖晋宜,等.添加剂对制备纳米直径硬硅钙石纤维的影响[J].新型建筑材料,2007,(2):43−45.张翔凌,邓礼楚,方晨佳等.不同类型LDHs负载改性麦饭石对Cr(Ⅵ)吸附性能[J].环境科学,2019,40(01):300-309.王亚举.镁铝水滑石改性及其对Pb(Ⅱ)吸附性能[D].湘潭,湘潭大学,2011.34-35.丁峰.新型层状双氢氧化物阻化剂抑制煤氧化的特性研究[D].西安,西安科技大学,2017.31-32.胡盛,付英英,汪桐等.反应时间对镁铝水滑石结构的影响[J].非金属矿,2019,42(01):40-43.张志豪.硬硅钙石动态水热合成工艺对过滤分离过程的影响[D].天津,天津大学,2017.13-15张召香,淦五二,何友昭等.氢化物发生辅助雾化火焰原子吸收法测定水中铅[J].分析测试学报,2003(05):70-72.田杰,任庆利.镁铝水滑石的水热法制备[J].电子科技,2009,22(05):52-54.李青青.回收利用锆硅渣制备白炭黑及合成硬硅钙石的研究[D].南宁,广西民族大学,2016.61-64王立艳,张晓佳,李嘉冰等.纳米N-TiO_2的制备、表征及光催化性能研究[J].无机盐工业,2018,50(10):82-86.何伯泉.氧化矿的零电点与等电点及其测定方法[J].有色金属(选矿部分),1983(01):17-23.苗丹.玉米秸秆生物质炭对重金属铅的吸附作用研究[D].阜新,辽宁工程技术大学,2017.41-44.陈青.外源黏土矿物添加对酸化土铅、铬吸附解吸特征的影响[D].泰安,山东农业大学,2016.23-27.李信用.改性哈密钾长石对铅、镍的吸附与稳定化研究[D].乌鲁木齐,新疆大学,2018.16-17.何豪,朱宗强,刘杰,等.镁-钙羟基磷灰石吸附剂对水中Pb2+的去除[J].环境科学，2019(1-16):1-16[2019-05-09].李晨,徐云兰,钟