銅屬于元素周期表中的過(guò)渡金屬，是生命活動(dòng)必要的微量元素。但是，隨著!銅工礦業(yè)活動(dòng)的不斷增加，大量含銅廢水排入水體，銅離子濃度急劇上升，影響動(dòng)植物生長(zhǎng)､人體健康，研究表明，銅能夠干擾小麥根尖細(xì)胞的有絲分裂進(jìn)而擾亂其正常生長(zhǎng)[1];過(guò)量的銅還會(huì)引發(fā)人體重要器官(腦､脊髓等)的肝豆?fàn)詈俗冃訹2]。目前，去除水體中Cu(II)的方法眾多[3-5]，例如反滲透膜､電解法､材料吸附法､生物法等，其中材料吸附法具備快速､容量大､操作簡(jiǎn)便和無(wú)二次污染等特征[6-8]。因此，尋找經(jīng)濟(jì)､高效､可重復(fù)利用的重金屬離子吸附材料是未來(lái)的必經(jīng)之路。

　　水滑石具有“記憶效應(yīng)”[9]，即某個(gè)溫度范圍內(nèi)(≤500℃)的煅燒產(chǎn)物在特定條件下可恢復(fù)原來(lái)的層狀結(jié)構(gòu)。利用水滑石“記憶效應(yīng)”可將一些客體吸入層間空隙或?qū)影迳�，例如，Carriazo等[10]利用碳酸鹽､氯化物合成了含不同金屬的水滑石材料，并研究其對(duì)水溶液中Cr2+的吸附效果，Carja等[11]采用水滑石作為離子吸附劑，處理含As5+廢水，趙陽(yáng)[12]采用合成的水滑石處理含Ni2+離子廢水，均取得較理想的效果。但是，水滑石作為吸附劑仍然存在吸附時(shí)間長(zhǎng)和回收利用難的缺陷。本研究在制備具有良好磁性的水滑石基礎(chǔ)上，探究其去除Cu(II)的行為，對(duì)研究磁性水滑石在重金屬離子吸附方面具有一定的指導(dǎo)意義。

　　1 材料與方法

　　1.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

　　儀器:THZ-82恒溫振蕩器､DHG-9140A型電熱恒溫鼓風(fēng)箱､PHS-3C型pH計(jì)､萬(wàn)用電爐､SX2-5-12箱形電阻爐､TAS-990型原子吸收分光光度計(jì)。

　　試劑:CuSO4 · 5H2O､HCl､NaOH､FeCl3·6H2O､FeCl2·4H2O､NH3· H2O均為分析純，水滑石由湖南邵陽(yáng)提供，實(shí)驗(yàn)用水均為超純水。

　　1.2 材料制備

　　1.2.1 磁性基質(zhì)的合成

　　以FeCl3·6H2O和FeCl2·4H2O為原料，用無(wú)氧超純水分別配制成溶液，使得Fe3+和Fe2+的摩爾質(zhì)量比為2∶1，將FeCl3和FeCl2溶液按照體積比1∶1混合成100mL溶液，滴加10% ~12% 氨水，80℃水浴振蕩10min，F(xiàn)e3O4 生成式:

　　1.2.2 磁性水滑石的制備

　　將水滑石置于500℃高溫下煅燒4h，過(guò)100目篩，然后，將煅燒水滑石投加到含F(xiàn)e3O4 的水溶液中，80℃水浴振蕩90min，冷卻后真空密封，室溫陳化24h，放于50℃恒溫鼓風(fēng)箱，干燥數(shù)天后研磨，過(guò)100目篩，制得磁性水滑石。

　　1.3 吸附劑的表征

　　用掃描電子顯微鏡(JSM-6380LV型)對(duì)磁性水滑石的表面形態(tài)進(jìn)行測(cè)試;用X射線(xiàn)衍射儀(XRD-6000)和傅里葉紅外光譜儀(Spectrum65型)測(cè)定吸附劑的成分組成､官能團(tuán)。

　　1.4 含Cu(II)的模擬水配制

　　稱(chēng)取3.9408gCuSO4·5H2O溶于1000mL超純水中，配成1000mg/LCu(II)儲(chǔ)備液，再用超純水稀釋至實(shí)驗(yàn)需要的濃度并進(jìn)行實(shí)際濃度測(cè)量。pH由5%HCl和5%NaON溶液進(jìn)行調(diào)節(jié)。

　　1.5 吸附實(shí)驗(yàn)

　　將不同濃度的40mLCu(II)溶液置于100mL錐形瓶中，加入一定量磁改性水滑石，振蕩反應(yīng)器中以150r/min振蕩一定時(shí)間，取上清液用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定Cu(II)含量。

 　　式中:q為吸附容量(mg/g);m 為吸附劑的質(zhì)量(g);V為溶液體積(mL);C0､Ct分別為初始濃度和終態(tài)濃度(mg/L)。

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 磁性水滑石的表征

　　2.1.1 SEM表征

　　圖1是水滑石磁改性前后的掃描電鏡圖(10000倍)。吸附劑表觀(guān)形貌:磁改性前的水滑石呈顆粒狀，顆粒之間空隙大､松散，聚集性差;水滑石與四氧化三鐵結(jié)合后形貌有了明顯變化，顆粒之間結(jié)合緊密，粒徑變大。

　　2.1.2 磁性水滑石的XRD分析

　　通過(guò)XRD對(duì)水滑石及磁性水滑石的基本化學(xué)､礦物學(xué)特征進(jìn)行分析(見(jiàn)圖2)。水滑石中主要物質(zhì)為鈣鋁氧化物(Ca4Al2O6Cl2·10H2O)和鈣鋁氫氧化物(Ca2Al(OH)6Cl2·2H2O)，其中含有少量氯元素，符合典型水滑石的化學(xué)通式[M2+1-x M3+x((OH)2]x+(An-)x/n· mH2O。磁性水滑石物質(zhì)組成比較復(fù)雜，含Ca4Al2O6Cl2· 10H2O､Ca2Al(OH)6Cl2·2H2O､Ca2(Al/Fe3+)2O5､Ca0.15Fe2.85O4､Ca3Al2O5·xH2O､Ca(Al/Fe)12O19等物質(zhì)，考慮其原因是堿性水滑石與磁性基質(zhì)溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使其生成多種物質(zhì)。

 　　2.1.3 磁性水滑石的FTIR分析

　　紅外光譜分析是借助不同波長(zhǎng)的紅外射線(xiàn)照射物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)上，引發(fā)分子或原子結(jié)構(gòu)官能團(tuán)振動(dòng)，從而形成一個(gè)特點(diǎn)的光譜圖。圖3是煅燒水滑石磁化前后的FTIR對(duì)比圖，其符合典型水滑石的光譜圖，并且磁化前后的結(jié)構(gòu)官能團(tuán)變化不大。在3500cm-1附近的吸收峰為層板上OH-伸縮振動(dòng)峰;3050cm-1附近的吸收峰為層間OH-伸縮振動(dòng)峰;1500~1800cm-1之間的吸收峰為吸附劑締合狀態(tài)的OH- 和層間的結(jié)晶態(tài)水的伸縮振動(dòng);在1400cm-1附近的吸收峰為C—O的伸縮振動(dòng)，與1430cm-1附近的吸收峰為C—O的伸縮振動(dòng)相比，前者受到化學(xué)鍵的制約，不能自由移動(dòng);400~600cm-1之間的吸附峰為Fe—O､Ca—O和Al—O等金屬氧化物的伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)，屬于晶格氧[13]。水滑石在磁化過(guò)程中，堿性水滑石和水發(fā)生反應(yīng)，形成了層間H2O､OH-1､CO2-3 ，所以磁性水滑石的紅外光譜圖在3050cm-1､1430cm-1､400~600cm-1對(duì)應(yīng)處吸收峰有明顯變化，但是1630cm-1附近的締合狀態(tài)的OH-和層間的結(jié)晶態(tài)水的吸收峰變化不大。具體參見(jiàn)http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

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