钙铝类水滑石的清洁制备及其对甲基橙的吸附

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-0565

摘要/Abstract

摘要：

以氢氧化钙、氢氧化铝和碳酸钠为原料，利用清洁法制备了钙铝类水滑石，并探讨了制备方法对钙铝类水滑石吸附甲基橙（MO）性能的影响。通过X射线衍射仪（XRD）、红外光谱仪（IR）、比表面积分析仪、扫描电子显微镜（SEM）和X射线能谱仪（EDS）表征其组成与结构。结果表明，与传统共沉淀法相比，在相同吸附条件下，清洁法制备的钙铝类水滑石（Ca₄Al-LDHs-1）对MO的吸附性能更优，MO的去除率（90.4%）是共沉淀法的5.5倍。此外，Ca₄Al-LDHs-1对MO的吸附更符合准二级动力学模型，吸附等温线符合Langmuir等温方程，当MO初始质量浓度为600 mg/L时，Ca₄Al-LDHs-1的平衡吸附容量达545 mg/g。

关键词: 氢氧化物, 清洁法, 钙铝类水滑石, 甲基橙, 吸附

Abstract:

Ca-Al layered double hydroxides（CaAl-LDHs） was cleanly prepared with calcium hydroxide，aluminum hydroxide，and sodium carbonate. The influence of preparation methods on the adsorption effect of methyl orange（MO） was discussed. Its composition and structure were characterized by XRD，IR，specific surface area analyzer，SEM and EDS. The results showed that the adsorption performance for MO of Ca₄Al-LDHs prepared by clean method was better than that of traditional coprecipitation method under the same adsorption conditions，and the removal rate of MO（90.4%） was 5.5 times higher than that of the coprecipitation method. In addition，it was found that the adsorption kinetic and isotherm parameters could be well described by the pseudo second order kinetic model and the Langmuir isotherm equation. When the initial mass concentration of MO was 600 mg/L，the equilibrium adsorption capacity of Ca₄Al-LDHs-1 was up to 545 mg/g.

Key words: hydroxide, clean method, Ca-Al layered double hydroxide, methyl orange, adsorption

中图分类号:

TQ424
X703

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https://www.iwt.cn/CN/Y2022/V42/I2/124

图/表 10

图1 Ca₄Al-LDHs，MO和Ca₄Al-LDHs-1吸附MO后的红外光谱

Fig. 1 IR of Ca₄Al-LDHs，MO and Ca₄Al-LDHs-1 after MO adsorption

图2 Ca₄Al-LDHs，Ca₄Al-LDHs-1吸附MO后的XRD

Fig. 2 XRD patterns of Ca₄Al-LDHs and Ca₄Al-LDHs-1 after MO adsorption

图3 Ca₄Al-LDHs，Ca₄Al-LDHs-1吸附MO后的SEM （a）Ca₄Al-LDHs-1；（b）Ca₄Al-LDHs-2；（c）Ca₄Al-LDHs-1吸附MO后

Fig. 3 SEM images of Ca₄Al-LDHs and Ca₄Al-LDHs-1 after MO adsorption

图4 Ca₄Al-LDHs-1（a）和Ca₄Al-LDHs-2（b）的EDS分析

Fig. 4 EDS analysis of Ca₄Al-LDHs-1（a） and Ca₄Al-LDHs-2（b）

表1 Ca₄Al-LDHs的比表面积及孔结构

Table 1 Surface area and pore structure of Ca₄Al-LDHs

样品	S _BET/（m²·g^-1）	孔容/（cm³·g^-1）	孔径/nm
Ca₄Al-LDHs-1	3.987	0.011	3.078
Ca₄Al-LDHs-2	6.536	0.021	3.840

图5 制备方法对类水滑石吸附MO性能的影响

Fig. 5 Effect of preparation method of Ca₄Al-LDHs on MO adsorption

表2 Ca₄Al-LDHs-1吸附MO的动力学数据

Table 2 Adsorption kinetics parameters of MO on Ca₄Al-LDHs-1

T/K	C ₀/（mg·L^-1）	q _e，exp/（mg·g^-1）	准一级动力学			准二级动力学
T/K	C ₀/（mg·L^-1）	q _e，exp/（mg·g^-1）	q _e，cal/（mg·g^-1）	k ₁/min^-1	R ²	q _e，cal/（mg·g^-1）	k ₂/（g·mg^-1·min^-1）	R ²
293	100	98.51	54.97	0.048 04	0.891 7	100	0.003 623	0.999 87
303	100	97.31	17.47	0.038 99	0.979 7	98.04	0.006 120	0.999 98
313	100	94.35	5.234	0.021 7	0.829 7	93.46	0.018 77	0.999 99

图6 温度（a）和MO初始质量浓度（b）对MO吸附性能的影响

Fig. 6 Effect of temperature（a） and initial mass concentration（b） on MO adsorption

表3 Ca₄Al-LDHs-1对MO的吸附等温线参数

Table 3 Isotherm parameters of MO adsorbed on Ca₄Al-LDHs-1

T/K	Langmuir等温模型			Freundlich等温模型
T/K	q _m/ （mg·g^-1）	K _L/ （L·mg^-1）	R ²	K _F/ （L·mg^-1）	n	R ²
293	526.32	0.196 5	0.993 78	186.05	4.32	0.988 34
303	645.16	0.064 96	0.997	89.75	2.28	0.962 19
313	689.66	0.070 32	0.994 92	95.13	2.17	0.958 71

表4 Ca₄Al-LDHs-1对MO的吸附容量与其他文献对比情况

Table 4 Comparison of MO adsorption capacity of Ca₄Al-LDHs-1 with literatures

吸附剂	饱和/平衡吸附容量/（mg·g^-1）	参考文献
Mg₂Al-LDH（SDS）	44.4	〔17〕
Mg_2.5Al-LDH	83.33	〔18〕
Zn₂Al-LDH	110.52	〔19〕
Fe₃O₄@HTlc	138.9	〔20〕
Ca-Mg-Al-Fe LDHs	490.2	〔21〕
Ca₄Al-LDHs-1（CO₃ ^2-）	545	本研究

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