论文部分内容阅读
本研究利用液相共沉淀法得到负载层状双金属氢氧化物(LDH)的竹屑生物质，然后在480℃下煅烧，制备出新型吸附剂生物炭纳米复合材料BC@LDH-EDTA。在整个研究过程中，首先分析了溶液初始pH值、反应溶液初始浓度、共存阴离子对BC@LDH-EDTA去除水溶液中甲基橙和六价铬(Cr(VI))的影响和吸附动力学，然后通过SEM等各种表征手段得出材料的微观形貌并在此基础上探究了其吸附机理。
由于BC@LDH-EDTA表面附着有煅烧后形成的双金属氧化物(LDO)，从而使其具有了重新构建新LDH的能力，因此该材料具有“记忆效应”，即原始负载的纳米材料LDH具有较好的热稳定性。生物炭的BET比表面积为48.894m2/g，但是由于在煅烧后形成的LDO会填充到生物炭较大的孔隙位置，很大程度上降低了BC@EDTA-LDH的BET比表面积，使其表面积仅有8.831m2/g。吸附反应过程中伴随有生物炭表面的LDO结构构建成新的LDH，因此在吸附反应结束后BC@EDTA-LDH的SEM图中可以看出清晰的层状结构，这也说明了在480℃煅烧后得到的材料只是发生了结构变化。经高温煅烧后制备的BC@LDH-EDTA在XRD图谱中的(003)，(006)，(009)，(010)和(113)晶面上的特征衍射峰强度很低，而观测其吸附甲基橙或Cr(VI)后的衍射图可以发现，在(003)，(006)，(009)和(110)晶面均显示出了良好的LDH特征衍射峰。上述现象表明了甲基橙或Cr(VI)阴离子插层LDH的出现，在此基础上，XPS图谱和FTIR光谱的结果又进一步验证了LDH的成功负载和在吸附过程中发生重建这一结果。
溶液初始pH值对BC@EDTA-LDH去除甲基橙影响很不显著，即使在较高的pH下，BC@EDTA-LDH对甲基橙的吸附量仍然高达613.79mg/g，而初始pH值对BC@EDTA-LDH去除Cr(VI)的影响较大。由于反应过程中可能会有少量LDH溶解，因此BC@EDTA-LDH对溶液pH具有一定的缓冲作用，从而使平衡pH值大于初始pH值。在不同的pH值下，BC@EDTA-LDH的zeta电位始终大于零，即BC@EDTA-LDH的表面总是带正电，BC@EDTA-LDH与甲基橙和Cr(VI)阴离子之间始终存在静电吸引力，但是过高的pH值会引起OH-对吸附位点的竞争。除此之外，共存阴离子对BC@EDTA-LDH去除甲基橙和Cr(VI)的影响差别很大，在不同的离子强度下，BC@EDTA-LDH对甲基橙去除效果影响很小，而其对BC@EDTA-LDH去除Cr(VI)的影响很大，且干扰遵循SO42->Cl->NO3-的顺序。值得注意的是，低浓度的硫酸盐也能对BC@EDTA-LDH去除Cr(VI)产生很大影响。
由于伪二阶动力学模型可以很好地拟合BC@LDH-EDTA吸附去除甲基橙和Cr(VI)的过程，因此该吸附过程可能属于化学吸附，拟合的最大平衡吸附量分别为727.04mg/g和38mg/g。Langmuir等温吸附模型在BC@LDH-EDTA对甲基橙和Cr(VI)的吸附过程表现出的较好的拟合效果，表明了BC@EHTA-LDH对甲基橙和Cr(VI)吸附可能是均匀的单层吸附，其中最大吸附容量分别为1782.30mg/g和38mg/g。
综上所述，制备出的新型吸附材料BC@EDTA-LDH对甲基橙和Cr(VI)有很好的去除效果，生物炭在研究过程中被用作纳米材料的支撑框架，其具有减少纳米材料聚集的作用，这一应用具有很好的应用前景。
由于BC@LDH-EDTA表面附着有煅烧后形成的双金属氧化物(LDO)，从而使其具有了重新构建新LDH的能力，因此该材料具有“记忆效应”，即原始负载的纳米材料LDH具有较好的热稳定性。生物炭的BET比表面积为48.894m2/g，但是由于在煅烧后形成的LDO会填充到生物炭较大的孔隙位置，很大程度上降低了BC@EDTA-LDH的BET比表面积，使其表面积仅有8.831m2/g。吸附反应过程中伴随有生物炭表面的LDO结构构建成新的LDH，因此在吸附反应结束后BC@EDTA-LDH的SEM图中可以看出清晰的层状结构，这也说明了在480℃煅烧后得到的材料只是发生了结构变化。经高温煅烧后制备的BC@LDH-EDTA在XRD图谱中的(003)，(006)，(009)，(010)和(113)晶面上的特征衍射峰强度很低，而观测其吸附甲基橙或Cr(VI)后的衍射图可以发现，在(003)，(006)，(009)和(110)晶面均显示出了良好的LDH特征衍射峰。上述现象表明了甲基橙或Cr(VI)阴离子插层LDH的出现，在此基础上，XPS图谱和FTIR光谱的结果又进一步验证了LDH的成功负载和在吸附过程中发生重建这一结果。
溶液初始pH值对BC@EDTA-LDH去除甲基橙影响很不显著，即使在较高的pH下，BC@EDTA-LDH对甲基橙的吸附量仍然高达613.79mg/g，而初始pH值对BC@EDTA-LDH去除Cr(VI)的影响较大。由于反应过程中可能会有少量LDH溶解，因此BC@EDTA-LDH对溶液pH具有一定的缓冲作用，从而使平衡pH值大于初始pH值。在不同的pH值下，BC@EDTA-LDH的zeta电位始终大于零，即BC@EDTA-LDH的表面总是带正电，BC@EDTA-LDH与甲基橙和Cr(VI)阴离子之间始终存在静电吸引力，但是过高的pH值会引起OH-对吸附位点的竞争。除此之外，共存阴离子对BC@EDTA-LDH去除甲基橙和Cr(VI)的影响差别很大，在不同的离子强度下，BC@EDTA-LDH对甲基橙去除效果影响很小，而其对BC@EDTA-LDH去除Cr(VI)的影响很大，且干扰遵循SO42->Cl->NO3-的顺序。值得注意的是，低浓度的硫酸盐也能对BC@EDTA-LDH去除Cr(VI)产生很大影响。
由于伪二阶动力学模型可以很好地拟合BC@LDH-EDTA吸附去除甲基橙和Cr(VI)的过程，因此该吸附过程可能属于化学吸附，拟合的最大平衡吸附量分别为727.04mg/g和38mg/g。Langmuir等温吸附模型在BC@LDH-EDTA对甲基橙和Cr(VI)的吸附过程表现出的较好的拟合效果，表明了BC@EHTA-LDH对甲基橙和Cr(VI)吸附可能是均匀的单层吸附，其中最大吸附容量分别为1782.30mg/g和38mg/g。
综上所述，制备出的新型吸附材料BC@EDTA-LDH对甲基橙和Cr(VI)有很好的去除效果，生物炭在研究过程中被用作纳米材料的支撑框架，其具有减少纳米材料聚集的作用，这一应用具有很好的应用前景。