β-FeOOH改性凹凸棒土的制备及其对单宁酸吸附性能研究

背景介绍单宁酸（TA）作为一种水溶性有机物，广泛分布在自然水体中，是一种常见的溶解性有机物。TA对水中生物体具有较强的毒害作用，且在饮用水消毒过程中易与消毒剂生成一系列副产物，严重威胁到人类健康。目前已报道的单宁酸治理技术中，吸附法因其处理速度快、效率高、无二次污染，已经成为单宁酸治理领域最为活跃的研究之一。凹凸棒土是一种廉价、资源丰富的天然水合镁铝硅酸盐粘土矿物，由于具有高比表面积、低表面电荷、稳定的结晶态结构等特性，被广泛应用于吸附去除环境中各种污染物。β-FeOOH在酸性环境下稳定性最好，且具有独特的吸附、离子交换和催化性能，是一种极具应用前景的环境修复材料。本文采用酸改性法纯化凹凸棒土，辅助水浴法制得β-FeOOH改性凹凸棒土（ATP/β-FeOOH）吸附剂，以单宁酸为目标污染物，研究不同影响因素对其吸附性能的影响，并探究吸附机理。

文章亮点采用水浴法成功制备β-FeOOH改性凹凸棒土（ATP/β-FeOOH）吸附剂；ATP/β-FeOOH吸附单宁酸过程符合拟二级动力学模型和Langmuir吸附等温线，最高吸附容量可以达到38.63mg/g，并确定最佳吸附条件为溶液初始pH值3.0，吸附剂投加量为1.0g/L；较好的光稳定性；ATP/β-FeOOH对单宁酸的吸附机理可以归结为螯合作用和静电作用。

内容介绍1

实验部分

1.1实验方法

1.1.1

吸附剂的制备将原始凹凸棒土（InitialATP）置于300℃的马弗炉中进行热处理，去除凹凸棒土的表面吸附水和孔道吸附水，处理后研磨，过200目筛。称取热处理后的凹凸棒土按固液比1:4加入2.5mol/LHCl溶液中，充分搅拌2h以去除凹凸棒土颗粒中的杂质（如碳酸盐和金属离子）。超声0.5h，于5000r/min下离心分离，并用超纯水洗涤至pH值呈中性，在55℃烘箱中烘干，研磨过筛，得到的材料为纯化后凹凸棒土（ATP）。

1.1.2

吸附性能的研究分别将0.005、0.01、0.015、0.02、0.025、0.03、0.035、0.04g的ATP/β-FeOOH加入20mL（50mg/L）

TA溶液中，充分反应90min，高速离心分离，在λ

=276nm条件下测定上清液吸光度。2

结果与讨论2.1

样品形貌分析ATP和ATP/β-FeOOH的TEM表征结果如图1所示。由图1a可知ATP呈棒状或纤维堆叠状，可以看出酸处理后的凹凸棒土形貌更加规整；图1b和1c可以明显的观察到两种材料的晶体结构，说明β-FeOOH成功负载在ATP上。图1

ATP（a）和ATP/β-FeOOH（b、c）的TEM图Fig.1

TEMimagesofATP（a）andATP/β-FeOOH（b,c）

2.2

样品比表面积和孔结构分析ATP和ATP/β-FeOOH的氮气吸附-脱附等温线和孔径分布如图2所示。由图2a可以看出，ATP和ATP/β-FeOOH吸附-脱附总体趋势相似，在0～0.05的低压段曲线上升幅度较大；0.05～0.4之间时，吸附-脱附曲线基本重合且缓慢上升；0.4后的高压段，表明为明显的回滞环，与典型的IV型带H3型迟滞曲线表现一致，进一步证实吸附剂由疏松的片状结构组成了狭缝状孔[21]。由图2b显示，ATP和ATP/β-FeOOH存在大量孔径在2

～

50nm之间的介孔，而且，存在少量的孔径＜2nm的微孔。图2

ATP和ATP/β-FeOOH的氮气吸附-脱附等温吸附曲线（a）；对应的孔径分布图（BJH）（b）Fig.2

Nitrogenadsorption-desorptionisotherm(a)andBJHcorrespondingporesizedistributioncurveofATPandATP/β-FeOOH(b)

2.3

吸附剂用量和TA初始浓度对吸附效果的影响吸附剂用量对TA去除率的影响如图3a所示。随着吸附剂投加量的增加，ATP/β-FeOOH0.3对TA的去除率从31.0%上升到54.5%。图3

吸附剂投加量对TA去除率的影响（a）和TA初始浓度对TA去除率的影响（b）Fig.3

Effectofadsorbentdose(a)andTAinitialconcentration(b)ontheremovalrateofTA3

结论1

成功制备出ATP/β-FeOOH吸附剂，吸附结果表明：在pH3.0时，30wt%ATP/β-FeOOH吸附性能最好，去除率达到71.4%。2

ATP/β-FeOOH对TA的吸附行为符合拟二级动力学方程和Langmuir吸附等温线模型，并且以化学吸附、物理吸附和