LDH在水污染中的应用举例ppt课件

1、LDHs资料在水污染治理方面的运用1LDHs资料概述Layered double hydroxidesLDHs是由层间阴离子及带正电荷层板堆积而成的化合物，LDHs的通式：Mp+1-xM3+x(OH)2x+An-x/nyH2O，其中，Mp+为一价或二价金属阳离子多为二价，M3+为三价的金属阳离子，An 指价数为 n的阴离子； x 是每摩尔 LDHs 中M3+的摩尔数；y 是每摩尔 LDHs 中结晶水的摩尔数。图1. LDHs普通构造图LDHs资料制备方法 共沉淀法 离子交换法 诱导水解法 焙烧复原法 溶胶-凝胶法 微波辅助合成法 Mg-Al LDHs对阴离子染料的脱色性能研讨2LDHs在水污染

2、治理方面运用制备方法大型工业制备：制备方法大型工业制备：将硫酸镁与硫酸铝按照镁铝摩尔比为将硫酸镁与硫酸铝按照镁铝摩尔比为3：1的比例配制成盐溶液，一定量的氢氧化的比例配制成盐溶液，一定量的氢氧化钠与碳酸钠配制成碱溶液，再让盐溶液与碱溶液经过管道参与全混放射反响器，钠与碳酸钠配制成碱溶液，再让盐溶液与碱溶液经过管道参与全混放射反响器，进展反响，得到乳白色浆状物，把此浆状物直接参与水热罐，并不停地搅拌，待进展反响，得到乳白色浆状物，把此浆状物直接参与水热罐，并不停地搅拌，待完全反响后，密封水热罐，加热至完全反响后，密封水热罐，加热至130，并坚持温度为，并坚持温度为1305，晶化，晶化24小时，然

3、后将晶化后的物质直接参与板框压滤机用自来水洗涤至滤液中含有微量小时，然后将晶化后的物质直接参与板框压滤机用自来水洗涤至滤液中含有微量硫酸根，此时滤液的硫酸根，此时滤液的pH值与自来水相等。最后将洗涤后的物质进展喷雾枯燥，值与自来水相等。最后将洗涤后的物质进展喷雾枯燥，并使喷雾枯燥塔的进口与出口温度分别坚持在并使喷雾枯燥塔的进口与出口温度分别坚持在300和和120，得到粉末状层状氢，得到粉末状层状氢氧化镁铝，记为氧化镁铝，记为LDHs。将制备的层状氢氧化镁铝，置于真空枯燥箱中，将制备的层状氢氧化镁铝，置于真空枯燥箱中，80条件下抽真空枯燥条件下抽真空枯燥2h，将枯，将枯燥后样品的燥后样品的3/4

4、盛在坩埚中，在马弗炉中盛在坩埚中，在马弗炉中500焙烧焙烧3h，得到相应的焙烧产物，记，得到相应的焙烧产物，记为为LDO。 LDHs 经焙烧后所得的复合金属氧化物具有更大的比外表积、更强的碱性，并且经焙烧后所得的复合金属氧化物具有更大的比外表积、更强的碱性，并且还具有还具有“记忆功能，即在一定条件下热分解的记忆功能，即在一定条件下热分解的 LDHs，其产物在重新吸收各种，其产物在重新吸收各种阴离子后或者简单置于空气中可恢复原来的层状构造，因此也是一类重要的吸附阴离子后或者简单置于空气中可恢复原来的层状构造，因此也是一类重要的吸附剂和载体。剂和载体。 初始pH值对脱色率的影响层状氢氧化镁铝处置活

5、性深蓝 ST-2GLN 染料适宜的 pH 值应控制在 410 之间，此时脱色率到达最大值 94.53%。焙烧产物处置活性深蓝ST-2GLN 染料适宜的 pH 值应控制在 311 之间，此时脱色率到达最大值 100%。总的来说，在较大的 pH 值范围内410，溶液初始 pH 对层状氢氧化镁铝及其焙烧产物吸附染料效率的影响都较小。 图9.初始pH值对吸附的影响层状氢氧化镁铝对活性深蓝 ST-2GLN 染料溶液的酸碱度有较好的缓冲作用，平衡溶液的 pH 值都大于6.88，这是由于当初始 pH 值较低时，部分层状氢氧化镁铝在酸性条件下溶解，耗费部分溶液中的氢离子，导致了溶液pH 值的升高；当初始 pH

6、 值较高时，层状氢氧化镁铝吸附溶液中的部分氢氧根离子，使初始溶液中的 pH 值有所下降。层状氢氧化镁铝的焙烧产物在构造重建过程中释放出氢氧根离子，使平衡 pH 值在一定范围内较高且稳定。图10. 初始pH值与平衡pH值得关系 吸附剂投加量对脱色率影响当层状氢氧化镁铝投加量在 0.21g/L 之间时，随着投加量的添加，脱色率逐渐添加，由 63.55%添加到 96.11%；当投加量大于 1g/L 时，脱色率变化不明显。所以层状氢氧化镁铝的适宜投加量为 1g/L。当焙烧产物投加量在 0.20.5g/L 时，脱色率由 73.87%添加到 98.58%，以后随投加量的添加脱色率变化不大，所以焙烧产物的适

7、宜投加量为 0.5g/L。图11. 投加量对吸附的影响 吸附时间对脱色率的影响震荡脱色 60min，层状氢氧化镁铝脱色率可到达 95%以上；焙烧产物脱色率可达 97%以上。图12.吸附时间对吸附的影响 表 1 LDHs 及 LDO 吸附弱酸性艳蓝 RAWL 的 Langmuir 和 Freundlich 等温式参数 从表中相关系数可以看出，在本实验条件下，层状氢氧化镁铝对弱酸性艳蓝 RAWL 染料的吸附较好的符合 Freundlich 吸附模型；焙烧产物对弱酸性艳蓝 RAWL染料的吸附符合 Langmuir 吸附模型。 图13 固体X射线衍射图 层状氢氧化镁铝及其焙烧产物的吸附机理 主要机理是

8、离子之间的交换作用，由于层状氢氧化镁铝层间有可交换的阴离子，它可以将各种阴离子如无机离子和有机离子、同多和杂多阴离子以及配合物阴离子引入层间，阴离子染料经过与层状氢氧化镁铝层间的阴离子交换，靠静电引力和剧烈的化学吸附作用与之结合。同时，染料分子中存在着-NH2、-OH 基团，也能够以氢键的方式参与吸附。另外，Orthman Jetal(2003)以为层状氢氧化镁铝对水溶性阴离子染料溶液吸附存在两种机理：外表吸附和离子交换。 共沉淀法制备的 Mg-Al LDHs 对废水中 Cr6+吸附性能研讨 吸附动力学实验由图 2可知，Mg - Al LDHs 在 20 h 左右时到达饱和，但是在 2 h 的

9、时候就可以到达 95% 的去除率。图2.Mg-Al LDHs对Cr6+的吸附动力学实验 吸附热力学实验图3. Mg-Al LDHs对Cr6+去除的吸附热力学实验由图 3 可以知道，镁铝水滑石对 Cr6 +的吸附量随着 Cr6 +的初始浓度的添加而添加。随着 Cr6 +初始浓度的不断添加，镁铝水滑石逐渐到达饱和形状，曲线走势平缓，趋于平衡。由图 4、图 5 可知，Mg - Al 水滑石对 Cr6 +的等温吸附数据符合 Langmuir 方程。当镁铝水滑石初始浓度到达 200 mgL 1时，Mg -Al 水滑石对Cr6 +的饱和吸附量高达 68 mgg 1，去除率到达 85% ，这一系列吸附结果阐

10、明镁铝水滑石对 Cr6 +的吸附效果非常显著。图4. Langmuir模拟曲线图5. LDHs对Cr6+的等温吸附曲线 pH对吸附影响实验由图 6 可知 pH 在 LDHs 吸附去除有机阴离子污染物的过程中有着重要影响。并且发如今中性 pH 条件下，LDHs 的吸附效果较好。 竞争离子对吸附影响实验由图 7 可知，随着 NaCl 浓度的添加，LDHs 对阴离子的去除率大大降低。LDHs 的去除原理相当于是层间的 Cl离子与溶液中的 Cr6 +离子发生离子交换，而溶液中 Cl离子的添加将导致平衡左移，大大降低其吸附率。共存阴离子的影响主要集中在各种无机阴离子。这种影响可归结为：LDHs 对于不同

11、阴离子有着不同的亲和力，往往倾向于结合那些半径小带负电荷多的阴离子。 反响物浓度对吸附影响实验由图 8 可知，随着 Mg-Al LDHs 投加量的添加，铬离子的去除率添加。对于 40 mgL 1，50 m L 的 Cr6 +溶液，0. 1g 的投加量可以到达 98% 的去除率，是实践生活中去除 Cr6 +的一个很好的选择。对阴离子吸附机理猜测：对阴离子吸附机理猜测：(1) 层板正电荷与阴离子污染物间的静电吸引作用。由于层板正电荷与阴离子污染物间的静电吸引作用。由于LDHs 特殊的构造特殊的构造使得其层板带正电荷，对于水体中存在的阴离子污染物有着静电力作用，使得其层板带正电荷，对于水体中存在的阴

12、离子污染物有着静电力作用，从而起到去除污染的作用。从而起到去除污染的作用。(2) 层间阴离子与有机阴离子污染物之间的离子交换作用。层间阴离子与有机阴离子污染物之间的离子交换作用。LDHs 的一个重的一个重要性质便是层间阴离子的可交换性，所以要性质便是层间阴离子的可交换性，所以LDHs 被广泛用于水体阴离子染被广泛用于水体阴离子染物的去除。物的去除。对对Cr6+吸附机理猜测：吸附机理猜测：外表沉淀、化学键协作用、静电键协作用，在层间插入功能配体，与目的外表沉淀、化学键协作用、静电键协作用，在层间插入功能配体，与目的阳离子构成螯合物。阳离子构成螯合物。 LDHs在酸性气体污染方面运用 工业消费排放

13、的酸性气体是环境污染的主要成因，酸性气体具有腐蚀性、毒性，同时也呵斥酸雨、温室效应等问题。如何有效脱除酸性气体，曾经成为世界各国关注的焦点。 G. Fornasari等探求含 Pt、Cu 的 LDHs 资料储存-复原催化NOx的效果。结果阐明：当反响温度低于 200 ，Pt/Mg/Al-LDHs、Cu/Mg/Al-LDHs 资料吸附 NOx储存性能高于 Pt/Ba-Al2O3；Pt/Mg/Al-LDHs、Cu/Mg/Al-LDHs 资料也能改善失活的 SO2，低温活性取决于这些资料碱性的高低。李嫱等 合 成 一 系 列Mg/Al/Fe-LDHs 资料，用来脱除低浓度 SO2。结果阐明：在 60

14、0 以上的焙烧温度下，含铁 LDHs 资料对 SO2有较好的吸附效果；当 m(Fe)/m(Fe+Al+Mg)约为 0.2 时，吸附效果最正确，饱和硫吸附量为 0.91 g/g；吸附温度剧烈影响 SO2的吸附行为。张骄佼等采用 Mg/Al-LDHs 净化 H2S 气体。结果阐明：在 pH为 12，晶华温度 80时，制备的 Mg/Al-LDHs 资料最正确；在吸附温度 80 时，反响 5h，H2S 气体的去除率高达 95 %以上，穿透吸附容量高达 45.54 mg/g。 研讨阐明，LDHs 资料属于碱性资料，可吸附大量酸性气体，能减少温室气体的排放，防止酸雨，进而维护土壤、水体。 3LDHs在土壤

15、污染处置方面运用为了提高产量，农业上运用大量的含氮磷的化学肥料。营养物质在土壤中长期停留，导致土壤污染，影响耕地种植消费。防止和维护土壤环境不被污染成为非常重要的义务。张晓伟等制备了 Mg/Al-LDHs 资料并添加到土壤中，然后研讨 LDHs 资料在土壤中对添加磷素的影响。结果阐明：LDHs在土壤中对磷酸根具有吸附和解吸的作用，可以延伸土壤易解吸磷的释放时间从而坚持土壤肥力；Ca2+、Cl-、pH、腐植酸等要素会对 LDHs与磷关系产生影响，Ca2+会降低易解吸磷的含量，pH在不同阶段表现不同的效果，其他条件会添加易解吸磷的含量；在野外场地中，添加的磷素会因土壤固化和随流水流失等要素而使其快速减少。研讨阐明，LDHs 资料对土壤中施加磷素的低利用率、易流失等问题有一定的积极作用，可用于农业土壤污染治理。4总结LDHs 资料可以对大量难降解物质、无机离子、重金属、酸性气体等污染物进展有效的吸附，不但作为吸附剂投加量少和到达饱和的吸附时间短，而且该资料可以反复利用。因此，LDHs资料在环境污染治理中具有较高的研讨价值和宽广的运用前景。 但是 LDHs 资料在环境污染治理运用中仍存在问题：(1)LDHs资料稳定性有待提高，作为吸附剂运用到水处置中，会出现吸附剂溶于水的景象；(2)短少对复合污染物吸附效果和吸附机理的研讨，目前仅仅研讨 LDHs 资料对单一污染物去除的研讨；(3)L