铜锌铝水滑石对水中苯丙氨酸的吸附研究

许海菊，李玉红（咸阳师范学院，陕西 咸阳 712000）

铜锌铝水滑石对水中苯丙氨酸的吸附研究

许海菊，李玉红
（咸阳师范学院，陕西 咸阳 712000）

本文主要研究了水滑石的制备方法以及对废水中苯丙氨酸的吸附。采用水热合成法，制备出3种不同比例的Cu-Zn-Al纳米水滑石；采用煅烧的CuZnAl碳酸型水滑石（Calcined Cu-Zn-Al-CO3-LDH，CLDH）对水中苯丙氨酸（Phenylalanine，Phe）进行吸附，考察了吸附量、温度、接触时间等因素对吸附过程的影响。实验发现，CLDH对Phe有很好的吸附效果其吸附量大于Mg-Al-CLDH，其中以Cu/Zn配比为5∶1的CuZnAl碳酸型水滑石吸附剂的吸附效果最好，吸附剂最佳投入量0.1g，最高吸附量达46.79mg·g-1。

水滑石；吸附；煅烧Cu-Zn-Al水滑石；苯丙氨酸

氨基酸是构成人体基体最基本的组成单位，它与生命密切相关，是人体必不可少的营养成分。已广泛应用于医药、化妆品、农业、制革、冶金等方面[1]。随着工业的发展，每年工厂排放大量的含氨基酸废水，不但给环境造成了污染，同时也使大量的氨基酸废水白白流失。因此，研究氨基酸废水的处理具有重要意义[2]。目前，对于氨基酸废水中的处理方法主要有生物法、膜分离法、资源化法、吸附法等[3]。许多合适的吸附剂如活性炭、多孔树脂和一些经济的吸附剂已被广泛使用。近年来，水滑石及其焙烧水滑石作为一种吸附剂已经引起广泛关注，由于其具有特殊的层状晶体结构[4]，并且可以通过调变LDHs层间阴离子种类、层板金属阳离子种类、层板电荷密度等调控LDHs的结构，使它具有层间阴离子可交换性、碱性、热稳定性等[5]，因而在水处理方面具有多种功能，如吸附、杀菌、离子去除等，可以弥补传统的水处理方法中的一些不足之处，是一类新型水处理的功能材料[6]。本文主要研究以水热合成法制备出不同配比的焙烧CuZnAl碳酸型水滑石；然后对废水中的苯丙氨酸进行吸附研究，并考察了吸附量及吸附温度对吸附过程的影响。

1　实验部分

1.1药品试剂与仪器设备

Ca（NO3）2，Al（NO3）3，Zn（NO3）2，NaOH，Na2CO3，KH2PO4，均为分析纯，西安化学试剂厂），苯丙氨酸（AR广东汕头西陇化工厂）；茚三酮，K2HPO4（AR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）。1.2Cu-Zn-Al-CLDH（CLDH）的合成（水热合成法）

称取0.36mol NaOH和0.09mol无水Na2CO3加入一定去离子水中配成碱溶液A，另取0.10mol的Ca（NO3）2，Zn（NO3）2和0.06mol Al（NO3）3（分别保持Cu/Zn为5∶1（1∶1、1∶2），（Cu+Zn）/Al为2∶1）用一定去离子水配成盐溶液B。在多频声化学反应器下将B溶液以一定流速加入溶液加入溶液A中，用NaOH和Na2CO3的混合液调节pH值为10，搅拌1h后转入80℃的水热反应保持6h；溶液水洗至pH值为中性。离心分离得到LDH，固体于70℃干燥18h后于500℃的马弗炉煅烧6h得到CLDH，研磨后过100目的筛网，得不同配比的3种样品。

1.3苯丙氨酸的吸附

将50.0mL不同浓度的Phe放在锥形瓶中，加入CLDH，用NaOH或HCl调节pH值，震荡，保持一定温度，吸取溶液3.0mL，过滤，测定其吸光度，计算吸附率和吸附量[7]。吸附率率（R）和吸附量（Q）分别用公式计算：式中C0，Cx：初始和x时刻的Phe的浓度，mg·L-1；M：干燥吸附剂（CLDH）的加入量，g；V：加入Phe的体积，mL。

1.4分析检测

1.4.1紫外分析方法用紫外可见分光光度计测定物质的最大吸收波长。

1.4.2分光光度计的测定分析用722型分光光度计测定Phe溶液吸光度。

2　结果与讨论

图1　Phe的紫外吸收光谱

2.1波长的选择Fig.1UV of Phe

取1.00mL Phe标准溶液于25mL比色管，加入1.00mL显色剂茚三酮，加入缓冲溶液至总体积为10.00mL，摇匀，盖塞（注意防止逸出的蒸汽）。在沸水中加热16min，取出。冷却15min，再加2.5mL KIO3稀释液，摇匀，蒸馏水定容至25mL，测得每种波长下Phe的吸光度，以波长（λ）为横坐标、吸光度（A）为纵坐标作图得图1。实验最终测出：Phe最大吸收波长为567nm。

2.2标准曲线的绘制

图2　苯丙氨酸标准溶液标准曲线Fig.2　Standard curve of Phe

取6支25mL比色管，分别加苯丙氨酸标液0.50、1.00、1.50、2.00、2.5mL，再向各管加1.00mL显色剂茚三酮，加缓冲溶液至各管总体积为10.00mL，摇匀，盖塞（防止蒸气逸出），沸水浴中加热16min，取出。冷却15min，再向各管中加入KIO32.5mL稀释液，摇匀，定容至25mL，在567nm处测的吸光度（A），做回归方程。样品测定时，吸取0.50mL溶液。测苯丙氨酸浓度2～10mg·L-1范围内吸光度（A）得图2，结果处理后得线性回归方程为：

A=-0.01583+0.03474X

式中A：吸光度；X：苯丙氨酸浓度，mg·L-1，相关系数R2=0.99806，变量X与A的相关性较好。

2.3吸附性能分析2.3.1吸附剂质量对吸附性能的影响在60℃下，时间为2h，分别测定3种水滑石在质量为0.05、0.08、0.10、0.12g时吸附Phe后的吸光度A，如果见图3。

由图3可知，随着吸附剂质量的不断增加Phe的吸光度不断的减小，当吸附质量为0.1g时，苯丙氨酸的吸光度达到最小，之后随之增大。吸光度越小，说明其吸附量越大，吸附效果越好。因此当吸附质量为0.1g时，CLDH对Phe的吸附效果最好吸附量达到46.79mg·g-1。

图3　3种不同配比CLDH对Phe的吸附Fig.3　Effect of the ratio of CLDH on adsorption to Phe

2.3.23种产物在同一吸附量下对Phe的吸附用制备的3种不同配比水滑石对Phe进行吸附，分别测定3种水滑石在质量为0.10g时吸附Phe后的吸光度A，Phe初始浓度为100mg·L-1，Phe模拟废水50mL，吸附时间为6h，温度为60℃，结果见图4。

图4　3种产物在同一吸附量下对Phe的吸附Fig.4　Effect of three kinds of products in the same adsorption quantity on adsorption to Phe

由图4数据可以得出，Cu/Zn配比为5∶1的吸附效果最好，吸附量达到46.79mg·g-1。

2.3.3温度对吸附效果的影响用制备的Cu/Zn配比为5∶1的水滑石对Phe进行吸附，分别测定其在吸附温度为20、40、60、80℃时吸附Phe后的吸光度A，Phe初始浓度为100mg·L-1，Phe模拟废水50mL，吸附时间为6h，结果见图5。

从图5可知，苯丙氨酸的吸附量随着温度的不断升高而逐渐增大，在温度为60℃时吸附量达到平衡，吸附量为46.78mg·g-1。

2.3.4接触时间对吸附效果的影响

图6　不同时间下对Phe的吸附Fig.6　Effect of time on adsorption to Phe

用Cu/Zn配比为5∶1的水滑石对Phe进行吸附，分别测定3种水滑石在接触时间分别为1、2、4、6、8h时吸附Phe后的吸光度A，Phe初始浓度为100mg·L-1，Phe模拟废水50mL，温度为60℃。随着时间的增加苯丙氨酸的吸附量逐渐增加，在时间为6h时吸附量达到最高，吸附量达到46.79mg·g-1。2.3.53种水滑石在不同浓度下对Phe的吸附

图7　在不同浓度下对Phe的吸附Fig.5　Effect of concentration on adsorption to Phe

吸附时间为6h，温度为60℃，3种水滑石质量均为0.10g，分别对浓度为20、50、80、100mg·L-1的Phe进行吸附。从图可知：在60℃下，时间为2h，质量为0.10g测得3种产物的吸光度A。从以上数据可以看出，吸光度随着苯丙氨酸浓度的增大而逐渐增大，吸附量随之减小。相比之下，3号产物的吸附量最高，吸附效果最好。

3　结论

（1）通过紫外分光光度计的分析可以得出，Phe的最大吸收波长为567nm，并通过绘制苯丙氨酸的标准曲线得到其线性回归方程：A=-0.01583+0.03474X。

（2）吸附试验表明，焙烧CuZnAl碳酸型水滑石对苯丙氨酸是一种很好的吸附剂；在温度为60℃，吸附时间为6h，吸附剂CLDH投加量0.10g，Phe的初始浓度为100mg·L-1时，CLDH对Phe的吸附量为46.79mg·g-1。

［1］单长青,杜岑,蔡兴旺,等.双氯酸钠插层镁铝水滑石的制备及其性能的研究［J］.现代药物与临床,2012,27（3）:218-222.

［2］潘国祥,曹峰,郑卫红,等.谷氨酸插层水滑石组装、包裹及缓释性能研究［J］.矿物学报,2012,32（3）:455-460.

［3］胡仙超,潘国祥,陈聪亚,等.肠道靶向药物缓释功能叶酸插层水滑石的制备与结构表征［J］.矿物学报,2014,34（1）:30-34.

Adsorption of copper zinc aluminum hydrotalcite of phenylalanine

XU Hai-ju，LI Yu-hong（Department of Chemistry，Xianyang Normal University，Xianyang 712000，China）

The preparation and the adsorption phenylalanine in wastewater of hydrotalcite is studied in this paper.Cu-Zn-Al nano hydrotalcite with good crystallization，high purity，narrow particle size distribution，less aggregation，three different ratios were prepared by hydrothermal synthesis method；Phenylalanine were adsorpted by calcined Cu-Zn-Al-CO3-LDH，the effects of adsorption amount，temperature，contact time on the adsorption process.The result show that，CLDH has good adsorption effect on the Phe adsorption amount is greater than Mg-Al-CLDH，the adsorption effect on the Cu/Zn ratio of CuZnAl carbonate type hydrotalcite adsorption agent 5∶1 is the best，the best adsorbent quantity is 0.1 grams，the maximum adsorption capacity of 46.79mg·g-1.

water talc；calcined hydrotalcite adsorption；CLDH；Phe

O631

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20160814

2016-05-03

陕西省自然科学基金项目（2013JM2016）

许海菊（1964-），女，汉，陕西咸阳人，高级教师，从事化学教学和分析化学的研究。