随着科技的发展，硼化学品广泛应用于冶金、化工和农药等领域。但含硼废水既造成了环境的污染，又浪费了硼资源。而且，过量摄入硼会对人体健康和动植物的生长产生严重的不良影响，世界健康组织规定，饮用水中的硼质量浓度不得超过2.4 mg/L。目前常用的除硼方法有：吸附法、化学沉淀法、萃取法、膜分离法、离子交换树脂法、电絮凝法等。吸附法具有经济高效、操作简单和可循环利用等优点，符合绿色化学的思想理念。在现阶段工业中，吸附硼的材料主要有树脂、层状双金属氢氧化物、金属有机骨架化合物、纳米材料、纤维、活性炭、工业废料、粉煤灰和天然材料等。硼吸附容量是评价吸附剂性能的关键指标。目前，应用最广泛的一种商业硼吸附剂是Amber-lite IRA-743，其吸附硼的容量约为10.000 3 mg/g^〔1〕。

笔者制备出了一种镁铝锆复合金属氧化物，并对H₃BO₃进行了吸附，并对水中硼的吸附性能进行研究，考察了硼初始浓度、pH、温度、吸附时间以及氯离子浓度对吸附性能的影响，并研究了硼在镁铝锆复合金属氧化物上的吸附行为。

H₃BO₃，上海展云化工有限公司；NaOH，天津市大茂化学试剂厂；MgCl₂·6H₂O，烟台市双双化工有限公司；无水Na₂CO₃、ZrOCl₂·8H₂O，上海国药集团化学试剂有限公司；Al（NO₃）₃·9H₂O，天津市凯信化学工业有限公司；HCl、CH₃CH₂OH，天津市凯通化学试剂有限公司，蒸馏水，以上试剂均为分析纯。

BSA224S-CW型电子天平，赛多利斯科学仪器有限公司；IKA RH basic KT/C型磁力搅拌器、H1850 cence型台式高速离心机，湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；真空干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司；YTH-4-10A型箱式电阻炉，上海索域试验设备有限公司；pH计，赛多利斯科学仪器有限公司；IKAKS 4000i型控温摇床，成都智诚科灵仪器仪表有限公司；ICPE-9000电感耦合等离子体发射光谱，日本岛津公司；XRD-6000型X-射线衍射仪，日本岛津公司；Nicolet iS50型红外光谱仪，美国热电公司；差示扫描量热仪（DSC）和热重分析（TGA），瑞士梅特勒-托利多；新一代SU8010场发射扫描电子显微镜（FESEM），日本日立。

准确称取MgCl₂·6H₂O（5.08 g）、ZrOCl₂·8H₂O（0.38 g）、Al（NO₃）₃·9H₂O（1.29 g），溶解于40 mL蒸馏水中配成盐溶液；准确称取无水Na₂CO₃（0.50 g）、NaOH（2.80 g），溶解于40 mL蒸馏水中配成混合碱溶液，置于磁力搅拌装置上，将盐溶液缓慢滴加至混合碱溶液中；搅拌反应2 h后制备出镁铝锆复合金属氧化物，用蒸馏水反复洗涤至中性后，用无水乙醇洗涤3次，在50 ℃下真空干燥12 h后粉碎并研磨；将研磨过后的镁铝锆复合金属氧化物放入箱式电阻炉中，温度在90 min内从25 ℃升到400 ℃，然后在400 ℃下保持4 h，煅烧完毕后取出备用。

在静态条件下，向10 mL聚乙烯离心管中加入一定质量的镁铝锆复合金属氧化物材料和一定浓度的H₃BO₃溶液；将离心管放入控温摇床中，在一定温度下振荡吸附12 h；用10 mL注射器取一定量吸附后的溶液过滤于10 mL比色管中，并用ICP发射光谱仪测定溶液中硼的浓度。计算得出镁铝锆复合金属氧化物对H₃BO₃的吸附容量^〔2〕。

镁铝锆复合金属氧化物的SEM见图1。

由图1可知，材料的粒径大小不一，且分布不均匀，材料表面不光滑，为断层状结构。

镁铝锆复合金属氧化物的XRD见图2。

由图2可知，将图中曲线与JCPDS数据库中标准卡片进行对比可知，在2θ分别为43.05°、62.44°时出现了MgO（JCPDS 65—0476）的特征峰，分别对应了MgO的（200）、（220）晶面。在2θ分别为45.66°、56.74°时出现了Al₂O₃（JCPDS 50—0741）的特征峰，分别对应了Al₂O₃的（400）、（422）晶面。在2θ为34.91°时出现了ZrO2（JCPDS 49—1746）的特征峰，对应了ZrO₂（210）晶面。

镁铝锆复合金属氧化物的FT-IR见图3。

由图3可知，对比材料煅烧前后的谱图，发现谱图出峰位置基本相近，说明材料在煅烧前后比较稳定。3 700 cm^-1附近的峰是水中的—OH振动峰，煅烧后此峰消失，是由于材料中游离的水分子被煅烧蒸发所致；3 416 cm^-1处宽而强的吸收峰为材料表面—OH的伸缩振动峰；848~1 115 cm^-1处的吸收峰是Mg—O的伸缩振动峰^〔3〕；620 cm^-1的吸收峰是Al—O伸缩振动峰^〔4〕；在472 cm^-1处的吸收峰则是Zr—O的振动峰^〔5〕。

镁铝锆复合金属氧化物煅烧前的TG分析见图4。

由图4可知，300~400 ℃时，材料的质量有一个明显的损失过程，热流率在350 ℃左右也明显的减小，而在400 ℃之后，材料的质量和热流率基本不发生变化，材料变得稳定。产生这种变化的原因是：随着温度的升高，材料中的结晶水随着温度的升高逐渐失去，当温度超过400 ℃时，材料中的结晶水完全失去，因此材料的质量几乎不再发生变化。

在硼初始质量浓度为200 mg/L，温度为25 ℃的条件下，考察溶液pH对镁铝锆复合金属氧化物吸附硼的影响。结果表明，初始pH对镁铝锆复合金属氧化物吸附硼的影响较大。硼的吸附量在pH为2.0~6.0范围内随着pH的增大而增大，在pH为6.0~12.0范围内随着pH的增大而减小。所以最佳吸附pH为6.0左右。这是因为镁铝锆复合金属氧化物在H₃BO₃溶液中水化产生OH^-，当溶液pH为2.0~6.0时，随着溶液pH的增大，材料表面水化产生的OH^-增多，H₃BO₃与材料表面的OH^-结合生成了B（OH）₄^-，所以吸附量增大；当溶液pH为6.0~12.0时，随着溶液pH的增大，溶液中的游离的OH^-增多，因为H₃BO₃与游离的OH^-结合，生成了B（OH）₄^-，与材料表面OH^-的电性相同，相互排斥，所以吸附量减小。

在硼初始质量浓度为200 mg/L，pH=6，温度为25 ℃，H₃BO₃溶液体积为10 mL的条件下，考察镁铝锆复合金属氧化物投加量对硼吸附效果的影响，结果见图5。

由图5可知，随着投加量的增大，硼的吸附率增大，但吸附容量减小，当投加量为25 mg的时候，吸附率趋于稳定，不再随着投加量的变化而变化，因此最佳吸附剂投加量为25 mg。造成这种变化的可能的原因为：在一定范围内，随着投加量的增大，H₃BO₃与材料的接触位点增多，导致材料对硼的吸附率增大；而材料对硼的吸附容量的下降可能是因为随着材料用量的增加，材料处于过量状态，单位质量的材料吸附H₃BO₃的容量降低。

在镁铝锆复合金属氧化物为2.5 g/L条件下，考察温度对硼吸附影响，结果见图6。

由图6可知，随着温度的升高，材料对硼的吸附作用增大，这说明在一定的温度范围内，升高温度对材料吸附硼起促进作用。

为了探究不同温度下材料吸附硼的吸附热力学，分别采用Langmuir模型和Freundlich模型进行拟合，结果见表1。

由表1可知，材料对硼的最大吸附量（C_smax）达到了34.07 mg/g，Langmuir模型的相关系数（R²）更大，说明材料对硼的吸附更符合Langmuir吸附模型。

在硼质量浓度为200 mg/L，镁铝锆复合金属氧化物投加量为2.5 g/L的条件下，对不同时间下（0~ 400 min）材料吸附硼的行为进行了探讨，结果表明，材料对硼的吸附速率在前50 min内迅速增大，之后吸附容量几乎不再随着时间的延长而发生改变，300 min左右时达到吸附平衡。

为了探究时间和吸附容量的关系，分别采用准一级动力学吸附模型和准二级动力学吸附模型进行拟合，结果见图7。

拟合结果显示，准一级动力学模型的R²（0.830）小于准二级动力学模型的R²（0.961），说明材料对硼的吸附更符合二级动力学模型。

在硼初始质量浓度为200 mg/L的基础上，考察了Cl^-质量浓度分别为10、20、30、40、50 mg/L时对硼吸附效果的影响。结果表明，随着Cl^-浓度的增大，镁铝锆复合金属氧化物对硼的吸附容量基本不变，保持在20 mg/g左右。

配制的溶液中Cl^-的浓度远大于硼的浓度，如果镁铝锆复合金属氧化物对B（OH）₄^-仅为静电吸附作用的话，由于B（OH）₄^-的亲和力不如Cl^-，所以大量Cl^-的存在肯定会影响镁铝锆复合金属氧化物对硼的吸附。但是，实验结果表明大量Cl^-的存在对镁铝锆复合金属氧化物吸附硼基本没有影响，说明镁铝锆复合金属氧化物对硼的吸附不仅仅为静电吸附，静电吸附只是其中的一种吸附形式。

（1）通过共沉淀法制备出了镁铝锆复合金属氧化物，并对溶液中的硼进行有效的吸附。在温度为25 ℃，镁铝锆复合金属氧化物投加量为2.5 g/L，溶液pH为6，吸附时间为300 min，硼质量浓度为200 mg/L时，镁铝锆复合金属氧化物对硼的吸附效果最好，吸附量最大可以达到34.07 mg/g。

（2）Cl^-对镁铝锆复合金属氧化物吸附硼的影响不明显，镁铝锆复合金属氧化物对硼的吸附具有一定的选择性。

（3）随着温度的升高，材料对硼的吸附量增大。热力学拟合结果表明，材料对硼的吸附行为更符合Langmuir模型，说明材料对硼的吸附属于单分子层吸附。

（4）镁铝锆复合金属氧化物对硼的吸附速率在前50 min内迅速增大，之后吸附容量几乎不再随着时间的延长而发生改变；在300 min左右时达到吸附平衡。动力学拟合结果表明，材料对硼的吸附行为更符合准二级动力学模型。