锌镁铝类水滑石对次甲基蓝的吸附研究*

赵维，李玉红

（咸阳师范学院化学与化工学院，陕西咸阳712000）



锌镁铝类水滑石对次甲基蓝的吸附研究*

赵维，李玉红

（咸阳师范学院化学与化工学院，陕西咸阳712000）

摘要：以Al（NO3）3、Zn（NO3）2、Mg（NO3）2为起始原料，用NH3·H2O做沉淀剂，采用非稳态共沉淀法制备锌镁铝类水滑石ZnMgAl- LDHs。并探讨了该材料对偶氮类污染物次甲基蓝的吸附性质。结果表明，温度为40℃，摩尔比为Zn2+/Mg2+=1∶2，浓度6×10-6～8×10-6mol·L-1，用量为0.03g时，该ZnMgAl- LDHs对次甲基蓝具有较好的吸附性能。

关键词：类水滑石；分光光度计；吸附；次甲基蓝

随着社会的发展，企业生产规模的不断扩大，环境污染也越来越严重。染色废水的硫酸盐在土壤的还原条件下可转化为硫化物，产生H2S，影响到人类的健康。目前，对印染废水的处理有多种方法，如：物理法[1]、化学法[2]、光催化降解[3，4]、生物降解[5]和膜过滤[6]等方法。采用化学法除色时，虽然能使水溶性染料的发色基被破坏而褪色，但其残余物的影响仍然存在。物理法中的吸附法是一种经济、简单容易的处理可溶性有机污染物的方法[7]。具有价格低廉、高效和基本不产生二次污染等特点，相比较其它方法来说显得更为优越。传统的吸附剂也被广泛应用于污水处理，如多孔树脂[8 ]，活性炭[9，10 ]和一些经济的吸附剂[11，12]等。但这些吸附剂一般不能重复利用，而且价格高，同时回收利用率也比较低。类水滑石及其焙烧产物因具有较大的比表面积，大量的碱性位点，小而均匀的结构尺寸，良好的稳定性，容易接受客体水分子和“记忆效应”等优点，可以作为阴离子污染物潜在的吸附剂[13]。本实验中选用具有代表性的有机染料次甲基蓝，它是一类偶氮类染料，用于棉、腈纶、麻、蚕丝、纸张染色，也用于竹木的着色和用来制造墨水、色淀；是印染废水色度造成的主要因素是染料。其由于含有苯环，分子量大，很难被一般的吸附剂吸附处理。本论文中通过共沉淀法成功制备了ZnMgAl- LDHs，探讨了其吸附性能，分别考察了温度、浓度、时间、吸附剂用量等对吸附过程的影响。

1　实验部分

1.1药品试剂与仪器设备

Mg（NO3）2，Al（NO3）3，Zn（NO3）2，NaOH，Na2CO3，NaH2PO4，均为分析纯，西安化学试剂厂；NH3·H2O （A.R.广东汕头西陇化工厂）；次甲基蓝（A.R.中国医药公司北京采购供应站）。

SC-Ⅲ型多频声化学反应器（成都九洲超声技术有限公司）；IR PRISTIGE- 21X型红外光谱仪（日本）；722型分光光度计（上海精密科学仪器有限公司）。

1.2吸附剂的制备

采用非稳态共沉淀法合成ZnMgAl- LDHs。配制总金属离子浓度为0. 5mol·L-1，n（M2+）∶n（M3+）=2∶1 的Zn（NO3）2·6H2O，Mg（NO3）2·6H2O和Al（NO3）3· 9H2O混合盐溶液（其中Zn2+/Mg2+摩尔比分别为1∶2，1∶1，2∶1），室温磁力搅拌下加入1∶5的共沉淀剂NH3·H2O，调节体系pH值在9～10之间，静置老化1h后，离心、抽滤、洗涤、将滤饼至于广口瓶中，密封。在80℃的干燥箱中干燥24h，得到ZnMgAl-LDHs类水滑石。将干燥好的ZnMgAl- LDHs放于马弗炉中，升温到450℃，煅烧3h，冷却、研磨、过筛，得到吸附剂样品。

1.3分析测试

每次取一定量的次甲基蓝标准溶液，加入一定量的类水滑石吸附剂，用恒温磁力搅拌器搅拌、加热，进行吸附试验。每隔30min取上液离心分离，取上清液测用可见分光光度计其吸光度，计算吸附率。

吸附率的计算公为=（A0- At）/ A0

式中A0：次甲基蓝的初始浓度；At：t时刻次甲基蓝的浓度。

2　结果与讨论

2.1温度对吸附率的影响

图1　类水滑石对次甲基蓝的吸附在不同温度下随时间变化曲线（浓度为c=8×10-6mol·L-1，用量为m=0.05g，摩尔比Zn2+/Mg2+=1∶2）Fig.1 Effect of tempreture on adsorption to Methylene Blue of MgZnAl-LDHs as time （c=8×10-6mol·L-1，m=0.05g，Zn2+/Mg2+=1∶2）

从图1中可以看出，在浓度为c=8×10-6mol·L-1，用量为m=0.05g时，随着温度的升高类水滑石对次甲基蓝的吸附率先增加后减小，40℃左右吸附率最佳。随着温度的升高吸附达到饱和的时间缩短。90min左右基本达到最大吸附率。

2.2摩尔比对吸附率的影响

图2　不同摩尔比类水滑石对次甲基蓝的吸附随时间变化曲线Fig.2 Effect of molar ratio of Mg-Al on adsorption to Methylene Blue of MgZnAl-LDHs as time

由图2可以看出，对次甲基蓝的吸附效果受到水滑石不同摩尔比的影响。摩尔比为Zn2+/Mg2+=1∶2时其吸附效果最佳。

2.3初始浓度对吸附率的影响

图3　初始浓度不同，类水滑石对次甲基蓝的吸附随时间变化曲线（用量为m=0.05g，摩尔比Zn2+/Mg2+=2∶1）Fig.3 Effect of the initial concentration of Mg-Al on adsorption to Methylene Blue of MgZnAl-LDHs as time （m=0.05g，Zn2+/Mg2+=2∶1）

由图3可以看出，对次甲基蓝的吸附效果受到甲基橙初始浓度的影响。随着次甲基蓝初始浓度的增加，类水滑石对次甲基蓝的吸附速率逐渐增大，6×10-6～8×10-6mol·L-1为吸附的最佳浓度，随着初始浓度的增加，吸附率又逐渐减小。主要是因为当次甲基蓝溶液的浓度过大时，次甲基蓝与次甲基蓝分子的相互碰撞频率增多，而与水滑石颗粒的碰撞机会减少，因此，引起吸附率下降，吸附达到平衡的时间的增长。

2.4吸附剂用量对吸附率的影响

图4　不同用量的类水滑石对次甲基蓝的吸附随时间的变化图（c=8×10-6mol·L-1.T=40℃，摩尔比为Zn2+/Mg2+=1∶2）Fig.4 Effect of amount of Mg-Al on adsorption to Methylene Blue of MgZnAl-LDHs as time （c=8×10-6mol·L-1.T=40℃，Zn2+/Mg2+=1∶2）

从图4可以看出在浓度为c=8×10-6mol·L-1时，用量为0.03g，为最佳用量。随着吸附剂用量的增加，次甲基蓝的吸附率也增加，但是用量达一定值时，吸附率又随之减小，吸附达到平衡的时间缩短。这主要是因为分子和分子的碰撞是吸附发生的必要条件。当吸附剂加入量增大时，单位体积内水滑石的颗粒数增多，和次甲基蓝分子的碰撞频率增大，因此吸附率增加。但随着吸附剂的增加，主要就是吸附剂分子与吸附剂分子之间的碰撞。所以吸附率减小，且在短时间内达最大值。

3　结论

（1）以Al（NO3）3、Zn（NO3）2、Mg（NO3）2为起始原料，用氨水做沉淀剂，采用非稳态共沉淀法合成制备ZnMgAl- LDHs。对其采用傅立叶红外进行了结构表征。

（2）相同浓度下吸附率随着温度的先升高后减小，40℃为最佳吸附温度。

（3）原子摩尔比为Zn2+/Mg2+=1∶2制备ZnMgAl- LDHs吸附效果最佳。

（4）随着次甲基蓝浓度增加吸附率增加，而且浓度增加时吸附达到饱和时的时间缩短。6× 10-6～8×10-6mol·L-1为最佳吸附浓度。

（5）类水滑石用量为0.03g时，为吸附次甲基蓝的最佳用量。

参考文献

［1］Dizge N, Aydiner C, Demirbas E, et al. Adsorption of reactive dyes fromaqueous solutions by fly ash: Kinetic and equilibrium studies ［J］. Hazard Mater, 2008, 150（3）: 737- 746.

［2］Eftekhari S, Habibi- Yangjeh A, Sohrabnezhad Sh, Application of Al MCM- 41 for compe - titive adsorption of methylene blue and rhodamine B: thermodynamic and kinetic studies［J］. Hazard Mater, 2010, 178（3）: 349- 355.

［3］Aarthi T, Narahari P, Madras G. Photocatalytic degradation of Azure and Sudan dyes usingnano TiO2［J］. Hazard Mater, 2007, 149（3）：725- 734.

［4］Monteagudo J M, Duran A, Lopez- Almodóvar C. Homogenous ferrioxalate- assisted solar photo- Fenton degradation of orange .II. aqueoussolutions［J］. Appl Catal B: Environ, 2008, 83（2）: 46- 55.

［5］Santos A B, Cervantes F J, Van Lier J B. Review paper on current technologies for decolorisation of textile wastewaters: perspectives foranaerobicbiotechnology［J］.Bioreso- urce Technol,2007,98（12）: 2369- 2385.

［6］沙宇,张诚,王显妮,等.水滑石类材料在污染治理中的应用及研究进展［J］.材料导报, 2007, 21（7）: 86- 89.

［7］Das J, Patra B S, Baliarsingh N, et al. Adsorption of phosphate by layered double hydro - xides in aqueous solutions［J］. Appl Clay Sci, 2006, 32（4）: 252- 260.

［8］Zhang Jia, Xu Yunfeng, Qian Guangren, et al. Reinvestigation of dehydration and dehyroxylation of hydrotalcitelike compounds through combined TG- DTA- MS analyses［J］. Phys Chem C, 2010, 114: 10768- 10774.

［9］Zhang Ping, Qian Guangren, Shi Huisheng, et al. mechanism of interaction of hydro- calunites（Ca/Al- LDH）with methyl orange and acidic scarlet GR［J］. Colloid Interface Sci, 2011, 10: 64.

［10］Kannan N, Sundaram M. Kinetics and mechanism of removal of methylene blue by adsorption on various carbons- a comparative study［J］. Dyes Pigments, 2001, 51（1）: 25- 40.

［11］Filipkowska O, Klimink E, Grabowski S, et al. Adsorption ofreactive dyes bymodified chitin fromaqueous solutions［J］. Pol Environ Stud, 2002, 11（4）: 315- 323.

［12］李丽芳,侯万国,刘春霞,等. Zn- Al类水滑石的合成及表征［J］.精细化工, 2004, 7221（3）: 161- 164.

［13］Lizardfish N K. Sorption removal of anions and cations in single batch systems by uncalc - ined an canlcined Mg2Al2CO3hydrotalcite［J］. Warter Air Soil Poll, 2003, 146（1）: 127- 136.

Study on the adsorption to methylene blue of MgZnAl-LDHs*

ZHAO Wei，LI Yu-hong
（Department of Chemistry, Xianyang Normal University, Xianyang 712000，China）

Abstract：With aluminum nitrate, zinc nitrate, magnesium nitrate as the starting raw material, using ammonia as precipitation agent. ZnMgAl-LDHs were synthesized by non steady copreci- pitation method and characterized by FTIR.The composite material is discussed dual class nitrogen pollutants adsorption properties of methylene blue. Results show that the temperature of 40℃, the mole ratio of Zn2+/Mg2+=1∶2, concentration is 6×10-6～8×10-6mol·L-1, an the dosage is 0.03g, the ZnMgAl - LDHs to methylene blue has good adsorption performance.

Key words：LDHs；spectrophotometer；adsorption；methylene blue

作者简介：赵维（1971-），女，汉，陕西兴平人，博士，教授，主要从事功能材料的研究。

基金项目：陕西省科技厅科研基金资助项目（2013JM2016）；陕西省教育厅专项科研项目（2013JK0642）

收稿日期：2015- 11- 20

中图分类号：O643.36

文献标识码：A

DOI：10.16247/j.cnki.23-1171/tq. 20160109