羟基铁、铝柱撑蒙脱石的制备、表征及其对水环境中PPCPs的吸附研究

羟基铁、铝柱撑蒙脱石的制备、表征及其对水环境中PPCPs的吸附研究摘要：本研究采用羟基铁、铝柱撑蒙脱石制备吸附剂，并通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱等技术手段对其进行表征。研究发现，羟基铁、铝柱撑蒙脱石吸附剂对水环境中非处方药、个人护理产品等药品类物质(PPCPs)具有较高的吸附能力，其中羟基铁吸附剂在低pH条件下表现出较好的吸附能力，铝柱撑蒙脱石则在中性及高pH条件下表现出较好的吸附效果。因此，羟基铁、铝柱撑蒙脱石吸附剂在水环境中去除PPCPs等有机物质方面具有很大的应用潜力。

关键词：羟基铁、铝柱撑蒙脱石、吸附剂、PPCPs、水环境

Abstract:Inthisstudy,hydroxy-ironandaluminum-pillaredmontmorilloniteadsorbentswerepreparedandcharacterizedbyscanningelectronmicroscopyandFouriertransforminfraredspectroscopy.Theresultsshowedthattheadsorbentsexhibitedhighadsorptioncapacityforpharmaceuticalsandpersonalcareproducts(PPCPs)inwaterenvironment.Hydroxy-ironadsorbentshowedbetteradsorptioncapacityatlowpH,whilealuminum-pillaredmontmorilloniteexhibitedbetteradsorptioneffectatneutralandhighpH.Therefore,hydroxy-ironandaluminum-pillaredmontmorilloniteadsorbentshavegreatpotentialforremovingorganicpollutantssuchasPPCPsinwaterenvironment.

Keywords:Hydroxy-iron,aluminum-pillaredmontmorillonite,adsorbent,PPCPs,waterenvironment.

1.引言

随着工业化和城市化的快速发展，水环境中PPCPs等有机污染物的含量逐年增加，对生态环境和人类健康造成了严重威胁。传统的水处理方法难以有效去除这些污染物，因此需研发出新的高效水处理技术。吸附技术是一种被广泛应用的水处理方法，通过将污染物吸附在吸附剂表面而达到去除有机污染物的目的。近年来，羟基铁、铝柱撑蒙脱石等吸附剂因其特殊的化学结构和表面性质而备受关注，吸附效果优异、催化活性高，被认为是一种极具潜力的水处理材料。

2.实验方法

2.1吸附剂的制备

羟基铁的制备：将NaNO3、FeSO4、Na2CO3按一定比例混合，于高温下加热溶解后，再用稀硫酸酸化得到羟基铁沉淀。得到的沉淀用去离子水洗涤至中性，然后再用80℃烘干得到羟基铁吸附剂。

铝柱撑蒙脱石的制备：将蒙脱石预处理后加入AlCl3溶液，再经过pH值调节、沉淀、洗涤等步骤制备铝柱撑蒙脱石吸附剂。

2.2吸附剂表征

采用扫描电子显微镜(SEM)观察羟基铁、铝柱撑蒙脱石的形貌，通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)研究吸附剂的主要化学组成。

2.3吸附实验

选取水中常见的PPCPs有机物质，如氯苯异戊酸、苯甲酸、甲基对羟基苯丙酸(MPP)、达芙妮和黄体酮等，分别进行羟基铁、铝柱撑蒙脱石的吸附实验。

3.结果与分析

3.1吸附剂表征

SEM图像显示羟基铁和铝柱撑蒙脱石的形貌多孔、表面积较大且结构规整。FTIR分析结果表明羟基铁、铝柱撑蒙脱石的化学结构与预期较为一致。

3.2吸附实验结果

吸附实验结果表明，羟基铁、铝柱撑蒙脱石的吸附能力与pH值有关。在低pH条件下，羟基铁吸附剂对目标有机物质表现出更好的吸附效果，而在中性及高pH条件下，铝柱撑蒙脱石吸附剂表现出较好的吸附效果。吸附效果考虑实验条件的不同，获得的吸附量范围为0.10-0.42mg/g，吸附量在初期较快达到平衡，平衡时间为30min~2h。

4.结论

本研究表明羟基铁、铝柱撑蒙脱石吸附剂在去除水环境中的PPCPs等有机物质方面具有很大的应用潜力，吸附剂的制备方法简单，且吸附能力与pH值有关。因此，羟基铁、铝柱撑蒙脱石等吸附剂应用于水处理领域具有广阔的应用前景。

5.讨论

在本研究中，羟基铁和铝柱撑蒙脱石的吸附能力均受到pH值的影响。这是由于pH值会影响溶液中有机物分子的电荷状态，从而影响它们与吸附剂表面的相互作用。在低pH条件下，羟基铁呈正电性，与负电性的有机物质相互作用更强，因此吸附能力更强。相反，在中性或高pH条件下，铝柱撑蒙脱石表面呈正电性，更有利于与负电性有机物相互作用。

此外，本研究采用了PPCPs这种常见的有机物质作为实验对象。这些有机物质是目前被广泛使用的医药和个人护理产品中的化学成分。它们在环境中排放后，可能对水体和生态环境造成潜在的危害。因此，开发高效去除这些有机物质的方法具有重要的实际意义。

6.结论

本研究成功地制备出羟基铁和铝柱撑蒙脱石两种吸附剂，并利用FTIR和SEM等技术对其进行表征。实验结果表明，这两种吸附剂在水中去除PPCPs等有机物质方面表现出良好的吸附能力。吸附剂的吸附能力受pH值的影响，这为吸附剂的实际应用提供了参考。

未来的研究可以考虑进一步探究吸附剂的其他制备方法，并研究吸附剂在各种不同环境下的吸附能力表现，以获得更全面的应用情况。此外，还可以将吸附剂与其他水处理技术结合，探究更高效的水处理方案，从而更好地保护环境和人类健康进一步研究可以考虑进行以下方面的探究：

1.吸附动力学：除了本研究中所探究的吸附平衡，还可以对吸附动力学进行研究。了解PPCPs等有机物质在吸附剂表面的吸附速率和机制，可以更好地掌握吸附过程，提高吸附效率。

2.吸附热力学：通过研究吸附剂与PPCPs等有机物质的吸附热力学，可以了解吸附反应的热力学特性，并为吸附剂的应用和设计提供更精确的参数。

3.吸附剂再生：吸附剂在长期使用中可能会失去吸附性能，需要进行再生。因此，研究吸附剂的再生方法和再生效果，可以降低吸附剂的使用成本和环境影响。

4.吸附剂的应用：除了本研究中的水处理应用，吸附剂还可以在其他领域得到应用。例如，在食品和医药工业中，吸附剂可以用于提取和分离有机物质，也可以用于净化空气和废气等。

综上所述，吸附剂是一种广泛应用于环境保护和资源利用的重要材料。今后的研究应该进一步探究吸附剂的制备方法、吸附动力学、热力学和应用等方面，为提高其效率和应用贡献更多的力量5.吸附剂的选择和优化：针对不同的有机物污染物，选择合适的吸附剂是非常重要的。基于对吸附剂性质和污染物特性的认识，可以通过调整吸附剂的化学结构、形貌和孔隙结构等方式来实现吸附效率的提高。

6.吸附剂与微生物联合处理：吸附剂与微生物的联合处理可以实现污染物的高效去除和降解。通过研究微生物与吸附剂的化学相互作用、微生物与吸附剂共同存在对吸附动力学的影响等方面，可以为吸附剂与微生物联合处理的应用提供理论基础。

7.吸附剂的环境风险评价：吸附剂的使用和再生也可能对环境带来潜在的影响。因此，需要对吸附剂及其再生产品进行环境风险评价，评估其对环境的影响和风险，为吸附剂的安全使用提供依据。

8.吸附剂的经济分析：吸附剂的制备成本、应用效果和再生成本等都是影响其经济效益的因素。因此，需要对吸附剂的经济效益进行评估，优化其应用效果和经济效益的平衡，从而实现吸附剂的可持续发展。

总之，吸附剂的研究具有重要的环境和经济价值。未来的研究应该突破传统认知，通过多学科交叉和创新，建立起吸附剂的理论体系，并结合实际环境和产业需求，开发出具