铜改性水滑石材料的结构及其对污水中硫化物的吸附性能

2022-06-11马陈哲黄心阳李熹瑞宁苇辰韩明英徐慧珍朱继超胡丽芳

安徽化工 2022年3期

马陈哲，黄心阳，李熹瑞，宁苇辰，韩明英，徐慧珍，朱继超，胡丽芳

（安徽理工大学化学工程学院，安徽淮南 232001）

含硫化物废水是水体污染的重要污染源之一，其易在酸性条件下产生硫化氢，并从水中扩散到大气中，产生臭鸡蛋的难闻气味，且毒性很大。大气中的硫化氢气体含量过高会形成酸雨，污染环境，甚至使生命安全受到威胁[1]。因此，如何在水体中原位脱除硫化物是目前环境治理最重要的课题之一。

吸附法处理含硫废水效果可靠、操作简便、相对经济，逐渐成为硫化物处理的首选方法[2-3]。利用吸附法来处理水中硫化物的关键在于吸附材料的吸附效率及使用成本，而现有的常规吸附材料存在着吸附速率较慢、吸附容量低及使用成本较高的不足。

层状双氢氧化物（LDHs）是水滑石和类水滑石化合物的统称。LDHs 是一种具有层状结构的物质，组成包含金属氢氧化物层所带的正电荷、插入的阴离子、水分子等[4]。类水滑石具有很多特殊的性质[5]，主要有酸碱性、热稳定性、可调变性、吸附性、离子交换性、记忆效应等，因此类水滑石在环境治理领域被广泛用作吸附剂[6]。

根据水滑石对层间阴离子的交换能力以及记忆效应，可以看出它对污染废水有很好的处理效果。水滑石因其独特的结构和性质，对废水中的亚甲基蓝具有优异的吸附效果。本文主要利用LDH的“结构记忆”效应及金属与硫化物之间强的酸碱作用，探讨了不同的Cu 改性类水滑石对水体中硫化物的吸附性能。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

工业水滑石（LDHs），山东优索化工科技有限公司；硝酸铜、无水乙醇，均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

KSL-1200X型程序升温电阻炉，合肥科晶材料技术有限公司；SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵，郑州长城科工贸有限公司；VE-20LH-D 型超纯水机，沃尔沃环保（深圳）股份有限公司；RE-52A 型旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂。

1.2 样品制备方法

将3 g 工业水滑石（LDHs）加入到60 mL 乙醇水溶液中，其中乙醇蒸馏水的体积比为1∶1，在其中加入一定量的Cu（NO3）2溶液，Cu（NO3）2与LDHs 的摩尔比为1/100 和2/100，置于旋转蒸发仪上95℃反应，直至溶液蒸干；将得到的固体置于105℃干燥3 h，后于500℃烧结3 h，最后自然冷却至室温即得Cu1@LDOs 和Cu2@LDOs。将LDHs直接于500℃烧结3 h后即为LDOs。

1.3 样品的表征方法

用X 光衍射仪对样品的晶体结构进行定性分析。测试条件：Cu 靶，Kα 射线源，扫描速度10°/min，角度范围5～70°，电压为40 kV，电流是40 mA，光源波长λ 为0.154 nm。

1.4 吸附性能实验

将100 mg 吸附剂置于100 mL、100 mg/L 的硫化钠溶液中，调节体系pH=12，密闭搅拌吸附，每隔10 min取样测试。硫化钠的浓度通过亚甲蓝分光光度法在岛津UV-2700型分光光度计上测试。

2 结果与讨论

2.1 XRD分析

XRD表征了铜改性前后材料结构的变化，如图1所示。图1a为工业水滑石（LDHs）的XRD图谱，图中出现了明显的（003）（006）和（009）晶面的特征峰，证明其层状结构明显。经过500℃煅烧3 h 后，其层状结构的特征峰减弱，几乎消失，但在2θ = 43.5°和63.1°附近出现特征峰，其为LDOs 典型的特征峰[7]，证明了LDOs 的成功合成。不同量Cu改性后，对LDOs的结构无明显的影响，这是因为Cu 的含量非常小的缘故。硝酸铜与水滑石摩尔比为2%时，能够微弱看出层状结构，说明Cu 改性提高了吸附剂的结构稳定性。

图1 LDHs（a），LDOs（b），Cu1@LDOs和Cu2@LDOs的XRD图谱

2.2 吸附性能

制备吸附剂样品对污水中硫化物的吸附效果如图2 所示，吸附2 h 后，LDHs、LDOs、Cu1@LDOs 和Cu2@LDOs对硫化钠的吸附分别为23.2%、58.6%、69.7%和76.5%。煅烧后LDOs 的吸附能力强于LDHs，而铜改性后的LDOs均比改性前的LDOs吸附能力强，铜含量增加，其吸附能力增加。