CN110215895A - 一种有机阴离子插层改性镁铝层状双氢氧化物吸附剂 - Google Patents

一种有机阴离子插层改性镁铝层状双氢氧化物吸附剂 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有机阴离子插层改性镁铝层状双氢氧化物吸附剂，属于吸附材料制备工艺领域。本发明利用醋酸钠、辛酸钠或月桂酸钠为改性剂，以共沉淀法制备的镁铝层状双氢氧化物为载体，合成一种具有不同碳链长度的有机阴离子插层镁铝层状双氢氧化物吸附材料。本发明通过在镁铝层状双氢氧化物的层间插层不同碳链长度的有机阴离子，增加其对水溶液中阴离子染料和阳离子染料的亲和性，吸附容量可达到435.6和178.3 mg/g。

Description

一种有机阴离子插层改性镁铝层状双氢氧化物吸附剂
技术领域
本发明属于吸附材料制备工艺领域，具体涉及一种有机阴离子插层改性镁铝层状双氢氧化物吸附剂的制备及应用。
背景技术
由于人类社会的飞速发展，各种类型的污染物被直接排放到水体中，对环境造成了严峻的影响。吸附法作为一种污水处理方法，由于其具有成本低、效率高、操作简单、耗时短等优点，已经得到了大规模的运用。在实际生活中，多种不同的污染物常常会同时出现在水体中，如阴离子染料和阳离子染料。然而天然或人工合成的吸附剂只能吸附一类或一种污染物，并且循环再生性较差。因此，开发具有较高吸附容量、可循环再生的一些新型吸附材料以去除水溶液中的多种污染物仍然是必不可少的。
层状双金属氢氧化物具有分层多孔结构，高比表面积和层间阴离子交换能力等特点，已被报道作为潜在的吸附剂进行污水处理[Journal of Molecular Liquids, 2018,249: 254–264] [Applied Clay Science, 2016, 119: 132–140]。但天然或人工合成的无机LDHs大部分具有亲水性表面结构，易与水分子等极性分子结合，而对一些疏水性的有机分子去除效果较差。
醋酸钠、辛酸钠与月桂酸钠是具有不同碳链长度的有机酸。为了提高层状双氢氧化物吸附剂对有机阴离子染料和阳离子染料的吸附能力，我们将醋酸钠、辛酸钠与月桂酸钠插层到镁铝层状双氢氧化物的层间，通过疏水相互作用、静电相互作用与氢键等，增加改性后的层状双氢氧化物与阴离子和阳离子染料的亲和性，可以有效地提高层状双氢氧化物的吸附能力。目前，尚无将醋酸钠、辛酸钠与月桂酸钠插层改性层状双金属氢氧化物应用于水样中阴离子和阳离子染料的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有机阴离子插层改性镁铝层状双氢氧化物吸附剂。通过以共沉淀法合成的镁铝层状双氢氧化物为载体，在其层间插层不同碳链长度的有机酸，增加了对有机阴离子染料和阳离子染料的亲和性，提高了吸附剂的吸附性能，其对于环境中染料吸附富集能力良好。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
(a) 向250 mL的三口瓶加入Mg(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O和碳酸钠，将4 M NaOH逐滴加入到上述混合液中使溶液pH值恒定为11±0.2左右，然后将混合液在60-80 ℃下恒温搅拌0.5-1.5 h，然后再静置老化3-5 h，得到碳酸根插层的双层氢氧化物，记为C1-LDH。
(b) 向250 mL的三口瓶加入Mg(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O和醋酸钠，将4 MNaOH逐滴加入到上述混合液中使溶液pH值恒定为11±0.2左右，然后将混合液在60-80 ℃下恒温搅拌0.5-1.5 h，然后再静置老化3-5 h，得到醋酸根插层的双层氢氧化物，记为C2-LDH。
(c) 向250 mL的三口瓶加入Mg(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O和辛酸钠，将4 MNaOH逐滴加入到上述混合液中使溶液pH值恒定为11±0.2左右，然后将混合液在60-80 ℃下恒温搅拌0.5-1.5 h，然后再静置老化3-5 h，得到辛酸根插层的双层氢氧化物，记为C8-LDH。
(d) 向250 mL的三口瓶加入Mg(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O和月桂酸钠，将4 MNaOH逐滴加入到上述混合液中使溶液pH值恒定为11±0.2左右，然后将混合液在60-80 ℃下恒温搅拌0.5-1.5 h，然后再静置老化3-5 h，得到月桂酸根插层的双层氢氧化物，记为C12-LDH。
如上所述的有机阴离子改性镁铝层状双氢氧化物吸附剂的应用：用于水样中对阴离子(如甲基橙甲基橙、橙黄Ⅱ、刚果红)和阳离子染料(如亚甲基蓝、甲基紫、罗丹明B)的吸附。
本发明的显著优点在于：
(1) 本发明合成的有机阴离子改性镁铝层状双氢氧化物吸附剂，是以共沉淀法合成的镁铝层状双氢氧化物为基体，将不同碳链长度的有机酸插层到其层间，从而提高了其对水溶液中的阴离子和阳离子染料的吸附性。
(2) 本发明合成的有机阴离子改性镁铝层状双氢氧化物吸附剂，具有良好的循环再生性。
附图说明
图1为不同碳链长度的有机阴离子改性镁铝层状双氢氧化物的扫描电镜图。
图2为不同碳链长度的有机阴离子改性镁铝层状双氢氧化物吸附甲基橙和亚甲基蓝的吸附率随溶液pH的变化图。
图3为月桂酸钠阴离子插层改性镁铝层状双氢氧化物吸附甲基橙和亚甲基蓝的吸附率随吸附剂用量的变化图。
图4为月桂酸钠阴离子插层改性镁铝层状双氢氧化物吸附甲基橙和亚甲基蓝的吸附率随初始浓度的变化图。
图5为月桂酸钠阴离子插层改性镁铝层状双氢氧化物吸附甲基橙和亚甲基蓝的循环再生性。
具体实施方式
为进一步公开而不是限制本发明，以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
月桂酸钠阴离子插层改性镁铝层状双氢氧化物吸附剂的制备
向250 mL的三口瓶加入Mg(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O和C12H23NaO2，将0.1moL/L的氢氧化钠逐滴加入到上述混合液中使溶液pH值恒定为11±0.2左右，然后将混合液在60℃下恒温搅拌1个小时，后再在60℃下静置老化4个小时，得到月桂酸钠阴离子插层的双层氢氧化物。
图1是C1-LDH (a) C2-LDH (b) C8-LDH (c) C12-LDH (d)的扫描电镜图。
实施例2
pH对不同碳链长度的有机阴离子改性镁铝层状双氢氧化物吸附性能的影响
通过对不同pH值溶液的静态试验，采用紫外分光光度法测得其吸收率。图2为有机阴离子插层改性镁铝层状双氢氧化物吸附甲基橙和亚甲基蓝的吸附率随初始pH值的变化情况，溶液pH值对C1-LDH (a) C2-LDH (b) C8-LDH (c) C12-LDH (d)吸附甲基橙和亚甲基蓝的影响。其初始甲基橙和亚甲基蓝浓度分别为：50 mg/L和25 mg/L；吸附剂用量：5 mg；吸附时间：12 h；温度：室温；式样体积：20 ml。
实施例3
月桂酸钠阴离子改性镁铝层状双氢氧化物吸附甲基橙和亚甲基蓝的吸附率随吸附剂用量的变化
吸附剂的用量对目标物的吸附率有较大的影响。本实验分别考察了吸附剂在0.1 g/L-0.8 g/L的情况下对甲基橙和铜离子的吸附性能的影响。实验结果如图3所示，吸附率均随着吸附剂用量的增加而升高。初始阶段吸附剂对甲基橙和亚甲基蓝的吸附很快，随着吸附剂用量的增加，对于甲基橙，当吸附材料的加入量达到0.4 g/L时，对溶液中的甲基橙的吸附率在95 %，继续增加吸附剂用量，吸附效果不明显，对于亚甲基蓝，当吸附材料的加入量达到0.6 g/L时，对溶液中的亚甲基蓝的吸附率在90 %，继续增加吸附剂用量，吸附效果不明显，此时吸附达到吸附平衡。故而本实验对于甲基橙和亚甲基蓝的后续实验吸附剂用量采用4 mg和6 mg。
实施例4
月桂酸插层改性镁铝层状双氢氧化物吸附甲基橙和亚甲基蓝的吸附率随甲基橙和亚甲基蓝的初始浓度的变化。
甲基橙和亚甲基蓝的初始浓度对月桂酸插层改性镁铝层状双氢氧化物吸附性的影响实验结果如图4所示。由图可知，当甲基橙和亚甲基蓝溶液在较低浓度时，其吸附容量随之增加而增加，当初始浓度较高时，则出现平台，说明吸附剂对它们的吸附达到了饱和状态。实验结果显示月桂酸插层改性镁铝层状双氢氧化物对甲基橙和亚甲基蓝的饱和吸附容量分别为434.6 mg/g和178.3 mg/g。
实施例5
月桂酸插层改性镁铝层状双氢氧化物的循环再生性
本实验将C12-LDH在20 mL 100 mg/L甲基橙溶液和20 mL 50mg/L亚甲基蓝溶液在最佳吸附条件下吸附，达到吸附平衡后，将吸附完回收的吸附剂，使用乙醇作为洗脱剂对其进行循环利用。实验结果如图5所示，循环五次后，C12-LDH对甲基橙的吸附容量从393.7缓慢降低到387.4 mg/g，而C12-LDH对亚甲基蓝的吸附容量降低不到5%，这说明C12-LDH具有较好的可再生能力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种有机阴离子插层改性镁铝层状双氢氧化物的制备方法，其特征在于：以有机酸为改性剂，以共沉淀法合成的镁铝层状双氢氧化物为载体，合成有机阴离子插层改性镁铝层状双氢氧化物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：有机酸为醋酸钠、辛酸钠、月桂酸钠中的一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：镁离子、铝离子与有机酸阴离子的摩尔比为2:1:1-2:1:4。
4.一种如权利要求1所述的方法制得的有机阴离子插层改性镁铝层状双氢氧化物。
5.一种如权利要求1所述的方法制得的有机阴离子插层改性镁铝层状双氢氧化物在吸附剂上的应用，其特征在于：对水溶液中的阴离子染料和阳离子染料的吸附。
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