以钢渣为原料合成层状双氢氧化物及其用于印染废水处理

摘要

层状双金属氢氧化物(layered double hydroxides，LDHs)是一种水滑石类化合物，因具有特殊的酸碱双功能性、记忆效应、层间阴离子可交换性和热稳定性等性质，在吸附、催化、医药、光电磁及功能高分子材料等领域有巨大潜力。
　　本文以钢渣为原料，采用共沉淀法制备钙镁铝铁四元LDHs，研究了合成过程中pH值、晶化温度和晶化时间的影响，采用XRD、XRF、SEM、FT-IR、TEM、DTA/TG和BET对样品进行了表征。结果表明当共沉淀的pH为10.5-11.8时，可制备纯相水滑石；晶化温度和时间均对晶格参数和层间距有影响，随温度和时间增加，晶格参数a、c和层间距均先减小再增大；LDHs晶粒尺寸沿a轴方向上比沿c轴方向大，晶面（110）的生长速率比晶面（003）快；经过条件优化，在pH=11.8，晶化温度150℃，晶化时间16h的条件下合成的LDHs结构规整，晶型较好，层状清晰，孔体积和孔径大且热稳定性好。
　　选取分别含阳离子红和酸性橙的水溶液模拟印染废水，研究了所制备的钙镁铝铁四元LDHs对其吸附性能，探讨了吸附剂浓度、初始pH、吸附温度、吸附时间和初始浓度对吸附效果的影响，并拟合了吸附的热力学模型和动力学模型。对含阳离子红废水的结果表明，吸附剂浓度对去除率影响较小；pH在3-10对吸附效果影响较小；温度升高，吸附量增加；当C0=500ppm时，吸附量达425.69mg·g-1，LDHs对阳离子红废水脱色效果优良。LDHs对阳离子红的吸附分别符合Langmuir的热力学模型和拟二级的动力学模型。
　　对含酸性橙染料废水的结果表明，吸附剂浓度增加，去除率增大；pH在4-10对吸附效果影响较小；温度升高，吸附量增加，吸附温度343.15K时，吸附量达212.08mg·g-1，LDHs对酸性橙废水脱色效果明显；随初始浓度增大，吸附量先增大后趋于平稳。LDHs对酸性橙的吸附分别符合Freundlich的热力学模型和拟二级的动力学模型。采用共沉淀法以钢渣为原料制备的钙镁铝铁四元LDHs对阳离子型染料废水和阴离子型染料废水均有较好的吸附处理效果，具有良好的潜在应用价值。