2019, Vol. 40
, DENG Li-chu , FANG Chen-jia , LEI Yu , HE Chun-yan , GAO Chen-guang , ZHAO Shuang-jie , XIANG Yang
随着人口增长和工业化进程的加快, 大量重金属通过各种途径进入环境, 造成环境污染[1].含铬废水主要来自制革、电镀、冶金工业、铬盐工业、金属加工、印染油漆等行业; 在所有重金属污染种类中铬污染的普遍性排在第2位, 仅次于铅[2].水中的铬大多以毒性较大的Cr(Ⅵ)存在, 对自然环境以及人体健康产生极其严重的影响; 其化合物具有很强氧化性, 对人体呼吸道、消化道、黏膜和皮肤都有危害.因此, 许多学者致力于含Cr(Ⅵ)废水治理的研究[3].目前, 国内外含铬废水的处理方法主要有化学沉淀法、氧化还原法、离子交换法和吸附等[4].吸附法具有经济性好、操作简单的优势, 在含铬废水处理工艺中已得到了广泛地应用[2].
麦饭石是一种天然的硅酸盐矿物, 主要化学成分为无机硅铝酸盐, 在我国分布广泛; 因其价格低廉、吸附能力强等特性, 开始受到科研人员的关注[5~7].由于孔隙较多, 麦饭石对重金属元素应能具有较强的物理吸附能力; 但天然麦饭石致密块状及斑状结构的特征, 使其孔道分布不均且通透性差[8].层状双金属氢氧化物(layered double hydroxides, LDHs)是一类具有双金属氢氧化物层结构的新型无机材料; 由于其兼具热稳定性、酸碱性、层间阴离子可交换性以及结构记忆效应等特性, LDHs在水处理领域的应用得到广泛的关注; 有学者研究将LDHs单体直接应用于吸附水体中的Cr(Ⅵ), 取得了不错的吸附效果[9].但由于LDHs单体呈粉末晶体状, 将其直接应用于生态工程处理水体污染物, 将面临比重低、颗粒小以及后期难以实现固液分离等诸多问题.
前期研究表明[10~15], 对沸石、无烟煤、生物陶粒等填料进行LDHs覆膜改性能有效地提升原始填料对氮、磷等水体富营养化物的去除, 而天然麦饭石不仅是优良的水质优化剂[7], 在除铬方面也具有较强能力[16], 因此本次试验拟将麦饭石和LDHs的优势结合, 采用ZnCl2、MgCl2、AlCl3、FeCl3溶液生成不同类型LDHs, 并将其涂层负载于麦饭石表面, 通过一系列吸附试验, 对比改性前后麦饭石填料吸附性能的差异, 探寻不同金属离子组合生成的LDHs负载改性麦饭石对Cr(Ⅵ)吸附效果的提升能力、影响因素以及作用机制, 筛选对Cr(Ⅵ)具有最佳吸附效果的改性方式, 以期为麦饭石和LDHs有效应用于水体除铬的研究奠定基础.
1 材料与方法 1.1 试验材料改性所用填料为天然麦饭石, 购自河南巩义; 其表面粗糙不平, 粒径2~4 mm, 密度2.715 g·cm-3, 空隙率49%;所含化学成分主要为Si、O、Al等.改性试验所用氯化锌、氯化镁、氯化铁、氯化铝、氢氧化钠、重铬酸钾等试剂均购自中国国药化学试剂有限公司; 其中氯化物、氢氧化钠等为分析纯, 重铬酸钾为优级纯. Cr(Ⅵ)标准溶液采用重铬酸钾加超纯水(UPT-11-10T超纯水机)配制, 浓度以Cr计.
1.2 试验方法 1.2.1 LDHs负载改性麦饭石的制备与表征以制备ZnAl-LDHs负载改性麦饭石为例, 取洗净天然麦饭石800 g放入2 L烧杯, 置于恒温水浴锅加热使温度保持在80℃左右; 将配置的2 mol·L-1 ZnCl2溶液和1 mol·L-1 AlCl3溶液同时加入烧杯, 并持续加入25% NaOH溶液调节pH值恒定于11, 剧烈搅拌2 h; 而后将所得固液混合物置于烘箱, 80℃条件下陈化16 h; 将陈化后混合物用去离子水清洗至出水为中性, 滤去上清液并烘干, 即得LDHs负载改性麦饭石填料[13~15, 17].相同方法分别制备ZnFe-LDHs、MgAl-LDHs、MgFe-LDHs负载改性麦饭石.
材料表征：采用美国EDAX公司GENESIS系列能谱分析仪(EDS), 配合场发射扫描电子显微镜(Field Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM), 以确定样品中所含具体元素及样品的表观特性; 采用德国AXS公司D8 Advance型号X射线衍射仪进行样品晶体材料和结构分析.材料检测地点为武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室.
1.2.2 吸附试验等温吸附试验：对原始及4种改性麦饭石进行Cr(Ⅵ)等温吸附试验.根据受污染水体的常规浓度状况, 选取不同质量浓度(0、0.5、1、2、4、8、16 mg·L-1)的铬标准溶液各100 mL置于250 mL具塞锥形瓶中, 同时加入5 g填料, 在温度25℃±1℃、转速160 r·min-1的条件下, 置于水浴恒温振荡器中振荡12 h; 静置、过滤后测定上清液中Cr(Ⅵ)的质量浓度.
解吸试验：用去离子水将上述等温吸附试验后的麦饭石填料洗涤2~3次, 置于250 mL具塞锥形瓶中, 分别加入100 mL 0.01mol·L-1的NaCl溶液, 在温度25℃±1℃、转速160 r·min-1的条件下, 水浴恒温振荡器振荡6h;静置、过滤后测定上清液中Cr(Ⅵ)的质量浓度.
不同温度下的吸附试验：将温度分别设定为15、25、35、45℃进行吸附试验, 其试验步骤同上述等温吸附试验.
吸附动力学试验：设定初始质量浓度依次为1、4、8、16、32 mg·L-1, 将5 g LDHs负载改性麦饭石和天然麦饭石分别置于250 mL具塞锥形瓶, 与100 mL铬标准溶液混合; 在温度25℃±1℃、转速160 r·min-1条件下, 置于水浴恒温振荡器进行振荡; 在设置的一系列时间点测定上清液中Cr(Ⅵ)的质量浓度.
不同pH值吸附试验：设定初始浓度为16mg·L-1, 将5 g ZnAl-LDHs负载改性麦饭石和天然麦饭石分别置于250 mL具塞锥形瓶中, 与100 mL铬标准溶液混合, 调节溶液pH值分别为2、3、4、5、6、7、8、9、10、11;其余试验步骤同上述等温吸附试验.
竞争吸附试验：称取5 g ZnAl-LDHs负载改性麦饭石于250 mL具塞锥形瓶中, 分别加入50 mL不同质量浓度(0、1、2、4、8、16、32mg·L-1)的铬标准溶液和50 mL质量浓度为10mg·L-1的竞争离子(Ca2+、Mg2+、K+、Na+)溶液; 其余试验步骤同上述等温吸附试验.
上述试验中Cr(Ⅵ)质量浓度的测定方法为二苯碳酰二肼分光光度法[18], 吸收波长为540 nm.
2 结果与讨论 2.1 LDHs负载改性麦饭石的表征利用场发射扫描电子显微镜和能谱分析仪, 分别对天然麦饭石和各种LDHs负载改性麦饭石进行表观特性及成分的对比分析.以ZnAl-LDHs负载改性麦饭石为例, 图 1为天然和ZnAl-LDHs负载改性麦饭石的电镜表征及EDS检测结果. 图 1(a)中的天然麦饭石表面较为光滑且呈山丘状, 存在部分褶皱区域, 表面有少许粗糙颗粒状突起和孔隙结构. 图 1(b)为ZnAl-LDHs负载改性麦饭石, 从中可见改性后麦饭石表面明显粗糙, 大部分区域呈凹凸状, 褶皱区域大幅增加; 且改性后麦饭石填料表面附着了较多白色晶体物质, 其形态与纯ZnAl-LDHs类似.通过对比改性前后麦饭石填料表面SEM图可以发现, 改性后的麦饭石填料表面结构较天然麦饭石更为复杂多样, 改性使麦饭石表面负载了一层新的物质.
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图 1 天然麦饭石和ZnAl-LDHs负载改性麦饭石的SEM和EDS分析结果 Fig. 1 SEM and EDS analysis results for original maifanite and ZnAl-LDHs coating modified maifanite |
进一步采用EDS检测改性前后麦饭石填料的化学组分, 结果如图 1及表 1所示.从表 1可以发现, ZnAl-LDHs负载改性麦饭石的Zn元素质量分数从天然麦饭石的0%增加到0.81%, Al元素的质量分数从1.80%增加为11.48%, Cl元素质量分数从0.04%增加为0.53%, 说明负载改性改变了天然麦饭石的化学组分.
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表 1 天然麦饭石与ZnAl-LDHs负载改性麦饭石填料主要化学成分的质量分数/% Table 1 Mass fractions of the main chemical composition of original maifanite and ZnAl-LDHs coating-modified maifanite/% |
同时, 分别对本试验中的纯ZnAl-LDHs、天然麦饭石和ZnAl-LDHs负载改性麦饭石采用X射线衍射仪进行分析, 结果如图 2所示.其中曲线(a)所示纯ZnAl-LDHs的衍射峰(003)、(006)、(012)、(015)、(018)、(110)、(113)为水滑石的特征衍射峰[19], 衍射峰峰型尖锐、杂峰少而低, 说明本试验所用制备方法合成的纯ZnAl-LDHs结晶度和纯度均较高; 其中曲线(b)为天然麦饭石的XRD图谱, 曲线(c)为ZnAl-LDHs负载改性麦饭石的XRD图谱.可较明显看出, ZnAl-LDHs负载改性麦饭石的XRD衍射峰由纯ZnAl-LDHs与天然麦饭石XRD衍射峰叠加而成, 说明本试验的制备方式可成功合成ZnAl-LDHs并将其负载于天然麦饭石表面.
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(a)纯ZnAl-LDHs；(b)天然麦饭石；(c) ZnAl-LDHs负载改性麦饭石 图 2 天然麦饭石和ZnAl-LDHs负载改性麦饭石的XRD图谱 Fig. 2 XRD patterns of original maifanite and ZnAl-LDHs coating-modified maifanite |
改性前后麦饭石对Cr(Ⅵ)吸附量计算公式、等温吸附模型的数学表达式和参数说明详见表 2.将等温吸附试验结果分别采用Langmuir和
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表 2 等温吸附模型的数学表达式及参数 Table 2 Different isotherm adsorption models and their parameters |
Freundlich等温吸附模型进行拟合, 结果如表 3所示.在Langmuir型拟合曲线中, ZnAl-LDHs负载改性麦饭石的KL值和理论最大饱和吸附容量均为5种填料中最大的, 理论最大饱和吸附容量接近天然麦饭石理论最大饱和吸附容量(5.63mg·kg-1)的8倍, 而改性填料中理论最大饱和吸附容量最小的MgFe-LDHs改性麦饭石也为天然麦饭石的4倍左右, 说明LDHs的涂层负载不仅使麦饭石吸附水体中Cr(Ⅵ)的性能得以增强, 同时也可有效地大幅提升麦饭石对于Cr(Ⅵ)的最大饱和吸附容量.
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表 3 LDHs负载改性麦饭石和天然麦饭石吸附等温线参数 Table 3 Adsorption isotherm parameters of original maifanite and ZnAl-LDHs coating-modified maifanite |
在Freundlich型拟合曲线中, 同样也是ZnAl-LDHs负载改性麦饭石填料的KF值最大, 其后依次为ZnFe-LDHs、MgAl-LDHs、MgFe-LDHs, 天然麦饭石最小; 说明ZnAl-LDHs负载改性麦饭石的吸附能力最强, 而天然麦饭石的吸附能力较弱, 其余3种负载改性麦饭石的吸附能力介于两者之间, 即LDHs涂层负载有效提升了麦饭石对Cr(Ⅵ)的吸附能力.除此之外, ZnAl-LDHs、ZnFe-LDHs、MgFe-LDHs负载改性麦饭石的1/n均小于0.5, 而天然麦饭石的1/n数值是所有供试填料中最大的, 这也进一步说明了LDHs涂层负载可有效提升麦饭石的吸附性能.
究其原因, 首先, 天然麦饭石的孔道内存在部分有机或无机杂质, 可能会影响天然麦饭石对水体中Cr(Ⅵ)的吸收, 因此可通过改性方法改善麦饭石的吸附性能[20]; 其次, LDHs涂层负载后, 麦饭石表面结构变得复杂, LDHs的附着使其表面可提供的吸附位点增加, 因此增大了麦饭石的吸附容量.同时, 由于天然麦饭石的硅铝结构使其表面带有负电[21], 而LDHs是由带正电荷的金属氢氧化物层和层间填充可交换阴离子所构成的层柱状化合物, 具有层间阴离子可交换性等特点, 所以相对于以重铬酸根阴离子形式存在于水体中的Cr(Ⅵ), 理论上LDHs涂层负载的改性方式可以提升填料对Cr(Ⅵ)的吸附效果[22~24].
另外, Freundlich等温吸附模型为多分子层吸附, 而Langmuir等温吸附模型为均匀吸附剂表面的单分子层吸附; 填料表面的每个活性位点上可以吸附一定数量的分子; 当吸附达到饱和时, 活性位点均被占满, 其吸附量达到最大值, 继续接触吸附量则不再增加[25].从表 3可发现, 所有填料Langmuir等温吸附模型的R2均大于Freundlich方程的R2值, 说明Langmuir模型能更准确地反映天然和LDHs负载改性麦饭石对水中Cr(Ⅵ)的吸附行为, 填料对于水中Cr(Ⅵ)的吸附均属于单分子层吸附; 即涂层负载改性是在不改变麦饭石吸附类型的前提下, 增强了填料的吸附性能, 提高了填料的最大饱和吸附容量.
2.3 解吸附试验解吸率计算公式及各参数含义如下：
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式中, ε为Cr(Ⅵ)的解吸率; c0为溶液中Cr(Ⅵ)的初始浓度, mg·L-1; c1为吸附后平衡溶液中Cr(Ⅵ)的浓度, mg·L-1; c2为解吸后平衡溶液中Cr(Ⅵ)的浓度, mg·L-1; V1为吸附液的体积, L; V2是解吸液的体积, L.
根据对吸附前后及解吸后溶液中Cr(Ⅵ)浓度的测定, 可计算出麦饭石对Cr(Ⅵ)的解吸率.分析数据可以发现, LDHs负载改性麦饭石的解吸率均较高：ZnAl-LDHs、ZnFe-LDHs、MgAl-LDHs和MgFe-LDHs负载改性麦饭石对于Cr(Ⅵ)的解吸率分别在5.94%~25.5%、5.2%~27.61%、13.16~36.99%和4.32~50.85%之间, 而天然麦饭石对于Cr(Ⅵ)的解吸率相对较小, 处于2.73%~22.9%之间, 且在初始浓度较高时解吸率较低, 说明改性后的麦饭石可重复利用性较天然麦饭石更好.其原因应为LDHs所具有的特性：对于LDHs而言, 高价阴离子更易交换入层间, 低价阴离子则易于被交换出层间[26], 所以当周围含有较多Cr2O72-时(吸附过程), Cr2O72-容易将Cl-置换出来; 而Cl-与LDHs的主体层存在着较强的氢键作用[27], 重新引入Cl-后(解吸过程, 解吸剂为NaCl溶液), 层间总静电荷发生了变化, 改变了主体层的电荷密度和层间距.因此当周围环境中存在大量Cl-时, Cr2O72-又能被置换出, 从而使LDHs负载改性麦饭石的解吸率增大.
2.4 不同温度下的吸附试验不同温度下吸附试验数据拟合所用模型如表 4所示, 模型拟合结果及热力学参数分别参见图 3、4.
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表 4 不同温度下的吸附模型K值及热力学常数模型 Table 4 The K of the isothermal adsorption model at different temperatures and thermodynamic constant model |
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图 3 LDHs负载改性麦饭石和天然麦饭石不同温度下的平衡吸附量和KL Fig. 3 Adsorption capacity and KL of original maifanite and ZnAl-LDHs coating-modified maifanite at different temperatures |
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图 4 不同温度下LDHs负载改性麦饭石和天然麦饭石吸附的热力学参数 Fig. 4 Thermodynamic parameters of the adsorption of original maifanite and LDHs coating-modified maifanite at different temperatures |
从图 3可以发现, 各种麦饭石填料的理论最大饱和吸附量随着温度的升高而减小, 但LDHs负载改性麦饭石的最大饱和吸附容量与天然麦饭石明显不同：ZnAl-LDHs负载改性麦饭石吸附容量最大, ZnFe-LDHs接近于MgAl-LDHs但均大于MgFe-LDHs改性麦饭石, 天然麦饭石吸附容量最小; 其中, 15℃(288.15 K)时ZnAl-LDHs负载改性麦饭石吸附容量接近天然麦饭石吸附容量的10倍, 35℃(318.15 K)时前者为后者的7倍左右.另外, 对比K值可以发现, 在温度为15℃(288.15 K)时, 5种填料的吸附反应程度最为完全; 随着温度的升高, 吸附的完全程度逐渐降低.在相同温度时, 吸附反应最为完全的是ZnAl-LDHs负载改性麦饭石, 其后依次为ZnFe-LDHs、MgAl-LDHs、MgFe-LDHs负载改性麦饭石, 吸附反应程度最低的是天然麦饭石, 即改性提升了天然麦饭石的吸附反应完成度.除此之外, 从图 3中还可发现, 在温度和2价金属阳离子相同时, Al系LDHs负载对Cr(Ⅵ)的吸附容量大于Fe系LDHs负载的吸附容量, 这可能是由于Al与Cr(Ⅵ)的结合能力比Fe强, 导致Al-LDHs对Cr(Ⅵ)的吸附量比Fe-LDHs高[28].
吉布斯自由能变(ΔGθ)、焓变(ΔHθ)和熵变(ΔSθ)等热力学参数, 对研究吸附过程的热能改变和确定吸附的自发行为起着重要的作用[29, 30]; 本试验中各填料吸附Cr(Ⅵ)的热力学常数ΔGθ、ΔHθ及ΔSθ可由表 4中公式求得, 不同温度下天然和LDHs负载改性麦饭石吸附热力学参数如图 4所示.从中可见, 热力学参数均为ΔGθ＜0、ΔHθ＜0、ΔSθ＞0, 说明各种填料对于Cr(Ⅵ)的吸附过程为吉布斯自由能减、焓减、熵增的可自发进行的放热过程; 而ΔHθ＜0也与不同温度下的吸附试验中随着温度的升高, 理论最大饱和吸附容量减小这一结论相吻合.同时, 焓变ΔHθ最大的是ZnAl-LDHs负载改性麦饭石, 其次依次为ZnFe-LDHs、MgAl-LDHs、MgFe-LDHs负载改性麦饭石, 天然麦饭石最小; 熵增ΔSθ和吉布斯自由能ΔGθ的变化也有近似规律, 说明LDHs负载改性增加了天然麦饭石的吸附性能, 这也与之前所得出结论相一致.
2.5 吸附动力学试验对吸附动力学试验结果分别采用准一级动力学模型、准二级动力学模型以及颗粒内扩散模型进行拟合, 拟合模型的数学表达式及参数说明如表 5所示, 拟合的动力学模型相关系数R2值详见表 6, 不同初始Cr(Ⅵ)浓度下各种填料的平衡吸附量对比如图 5所示.
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表 5 吸附动力学模型的数学表达式及参数 Table 5 Different adsorption kinetic models and their parameters |
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表 6 不同浓度下天然和LDHs负载改性麦饭石吸附动力学模型的相关系数R2 Table 6 Correlation coefficient of the adsorption kinetics of original and LDHs-modified maifanite at different concentrations |
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图中qe为吸附试验所得平衡吸附量, qe1为拟合准一级动力学模型计算所得平衡吸附量, qe2为拟合准二级动力学模型计算所得平衡吸附量 图 5 不同Cr(Ⅵ)浓度下各种填料平衡吸附量对比 Fig. 5 Adsorption capacity of five adsorbents at different concentrations of Cr(Ⅵ) in equilibrium time |
从表 6中可以发现, 准一级动力学模型拟合参数中的相关系数R2值均不高且不稳定, 各个浓度下计算所得的平衡吸附量与试验所得的平衡吸附量相差较大(图 5), 说明5种填料对Cr(Ⅵ)的吸附过程不符合准一级动力学模型.准二级动力学模型是假定吸附位点的利用率与剩余的位点数成正比, 质量扩散对吸附速率的影响可以忽略不计, 化学吸附过程为限速步骤[31].从表 6可见, 采用准二级动力学模型拟合的相关系数均接近或超过0.99, 拟合效果较好, 且计算所得的平衡吸附量与试验数据吻合(图 5), 说明改性前后的麦饭石对Cr(Ⅵ)的吸附过程遵循准二级动力学反应机制, 吸附类型更趋向于化学吸附.
根据颗粒内扩散模型理论, 如果qt与t0.5曲线为通过原点的直线, 则颗粒内扩散为吸附速率唯一限制步骤; 如果qt与t0.5曲线为不通过原点的直线, 则颗粒内扩散为吸附速率的限制步骤, 但不是唯一的限制步骤[32].本试验中供试填料的吸附过程可分为麦饭石填料的表面吸附和孔道类缓慢扩散两个过程; 通过对不同LDHs负载改性麦饭石和天然麦饭石的吸附动力学试验结果拟合后, 可以发现直线均不经过原点, 说明内扩散不是控制吸附过程的唯一步骤, 即填料表面吸附也对吸附速率产生了影响, 而LDHs的涂层负载将会对填料表面的吸附性能产生影响, 进而增强和提高天然麦饭石的吸附性能.
2.6 不同pH值吸附试验为探索不同pH值条件下负载改性麦饭石吸附性能的差异, 选取前期试验中性能最优的ZnAl-LDHs负载改性麦饭石和天然麦饭石进行不同pH值吸附试验, 结果如图 6所示.可以发现, pH值是ZnAl-LDHs负载改性麦饭石吸附Cr(Ⅵ)的重要影响因素, 但对天然麦饭石影响不大. pH值为2时改性麦饭石吸附量最低; pH值在2~4时, 改性麦饭石的吸附量随着pH值的增大而增大, 并在4~5之间达到最大.而当pH值大于5后, 改性麦饭石吸附量随之降低.究其原因, 由于ZnAl-LDHs为层状双金属氢氧化物, 酸性破坏了负载于麦饭石表面的LDHs, 使得pH值为2时LDHs对Cr(Ⅵ)的吸附量较少.与此同时, 麦饭石表面附着的氢离子也使Cr(Ⅵ)在溶液中以Cr2O72-、HCrO4-等形式存在[33], 并以质子化的HCrO4-为主; HCrO4-等阴离子以静电作用吸附到麦饭石表面, 因而pH值在4~5时改性麦饭石对Cr(Ⅵ)吸附效果较好.随着pH值不断增大, 溶液达到中性至碱性, Cr(Ⅵ)主要以CrO42-存在, OH-的逐渐增加使麦饭石表面的静电斥力增强, 影响了Cr(Ⅵ)的吸附[34], 因而此时改性麦饭石对Cr(Ⅵ)的吸附能力随pH值的增大而降低.
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图 6 不同pH值条件下天然麦饭石和ZnAl-LDHs负载改性麦饭石平衡吸附量对比 Fig. 6 Cr(Ⅵ) adsorption of original and ZnAl-LDHs coating modified maifanite under different pH values |
图 7为Ca2+、Mg2+、K+、Na+离子对ZnAl-LDHs负载改性麦饭石吸附Cr(Ⅵ)的竞争性吸附试验结果.在低浓度Cr(Ⅵ)的情况下, 4种金属离子对改性麦饭石吸附Cr(Ⅵ)的性能几乎不产生影响; 随着Cr(Ⅵ)浓度增加, Ca2+、Mg2+、K+、Na+这4种金属离子会对吸附Cr(Ⅵ)产生一定的抑制作用, 但作用并不明显, 其影响顺序依次为：Mg2+＞K+＞Ca2+＞Na+.其原因可能为：在Cr(Ⅵ)浓度较低时, 麦饭石表面的吸附位点较多且未饱和, 因此金属阳离子对Cr(Ⅵ)的吸附不产生干扰; 随着Cr(Ⅵ)浓度的增大, 金属阳离子的吸附占据了麦饭石表面的部分吸附位点, 但吸附其上的金属阳离子同时也降低了麦饭石表面的负电性[35], 加强麦饭石表面对Cr(Ⅵ)的静电引力, 缓解了由于吸附位点的减少而引起的吸附量下降的趋势.
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图 7 不同竞争离子存在情况下ZnAl-LDHs负载改性麦饭石平衡吸附量对比 Fig. 7 Cr(Ⅵ) adsorption of original and ZnAl-LDHs coating-modified maifanite under different competitive ions |
(1) Langmuir模型比Freundlich模型更适合用于描述天然和LDHs负载改性麦饭石对水中Cr(Ⅵ)的等温吸附行为, 5种麦饭石填料对Cr(Ⅵ)的吸附均属于单分子层吸附.通过解吸试验可发现, 天然麦饭石通过LDHs涂层负载后, 解吸率提高, 有利于填料的重复利用.
(2) 天然及LDHs负载改性麦饭石在15℃时, 吸附Cr(Ⅵ)的效果最佳; 随着温度的升高, 填料的吸附容量降低, 吸附效果变差.
(3) 麦饭石对水中Cr(Ⅵ)的吸附动力学过程可采用准二级动力学模型加以描述, 其吸附类型更符合化学吸附, 同时颗粒内扩散和膜扩散共同控制了缓慢吸附阶段的速率; 通过LDHs的涂层负载可对填料表面的吸附性能产生影响, 提高麦饭石的吸附速率.
(4) 供试的4种改性方式中, ZnAl-LDHs负载改性麦饭石吸附性能最优, 在最适温度15℃时理论最大饱和吸附容量接近天然麦饭石的10倍; 其吸附效果最佳pH值为5左右, 且在水体中存在其他常见金属离子时仍具有较强的Cr(Ⅵ)吸附能力.因此在本研究中, ZnAl-LDHs的涂层负载是麦饭石用于吸附受污染水体中Cr(Ⅵ)的最佳改性方式.
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