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具有优异吸附性能的γ-AlO(OH)/MgAl-LDH异质结构的空间受限一锅法合成

摘要

在此,γ-AlO(OH)作为无机物通过一锅合成成功地插入到MgAl-LDH层中,该复合物作为吸附剂去除废水中的甲基橙(MO)。表征了γ-AlO(OH)/MgAl-LDH的结构和吸附性能。研究表明,γ-AlO(OH)/MgAl-LDH 的膨胀(003)面和羟基活性位点可以分别促进吸附容量和吸附动力学。因此,γ-AlO(OH)/MgAl-LDH表现出超强的吸附性能,在1000 mg g -1 浓度下完全吸附MO .此外,MO的最大吸附量为4681.40 mg g -1 根据朗缪尔模型。这些结果表明γ-AlO(OH)/MgAl-LDH是一种潜在的去除水中有机染料的吸附剂。

介绍

有机染料广泛应用于纺织品、皮革、油漆和橡胶等许多产品中 [1,2,3]。这些染料很容易排放到水中[4],造成严重的环境问题,如危害水生生物、消耗溶解氧和污染水体[3、5]。此外,大多数有机染料具有高极性、非挥发性且难以生物降解。据观察,染料废水严重危害人类健康。因此,染料废水的处理是一项紧迫的任务。目前,染料废水的处理大多采用物理吸附、光催化、生物和化学氧化、絮凝和膜分离[4, 6]。其中,物理吸附法由于具有选择性富集某些化合物的能力,在废水处理领域具有特殊的地位。此外,该吸附法具有吸附效果好、操作简单、适用范围广等特点,已广泛应用于染料废水处理领域[7, 8]。

层状双氢氧化物 (LDH) 是一种常见的阴离子粘土,由类水镁石层组成 [9]。其通式可表示为[M 2+ 1 - x M 3+ x (OH)2][(A n - )x /n ]·yH2O,其中M 2+ , M 3+ , 和 A n - 代表二价阳离子、三价阳离子和n -价阴离子,分别[10]。 LDH具有高阴离子交换容量和大表面积,对染料具有优良的吸附性能。例如,拉菲等人。共沉淀法制备MgAl-LDH;吸附剂对刚果红的吸附量达到111.111 mg g -1 [11]。郑等人。也通过共沉淀法制备了Zn-Mg-Al LDH,吸附容量高达883.24 mg g -1 甲基橙在 pH =3 的条件下 [12]。显然,对于LDH吸附剂,大多数研究人员专注于追求高离子交换容量和大比表面积。不幸的是,LDHs 的纳米化并非没有限制。近年来,研究人员发现有机或无机插入LDH层可以增加LDH的吸附能力。例如,曼达尔等人。在LDH层之间插入海藻酸钠以形成复合吸附剂。海藻酸钠有助于扩大 LDH 的层间空间并增加吸附剂对橙色 II 染料的吸附能力 [13]。布鲁纳等人。合成有机/LDH(有机阴离子十二烷基硫酸盐(DDS)插入MgAl-LDH)作为水和土壤-水系统中多环芳烃的吸附剂[14]。因此,通过在 LDH 层之间插入化合物来设计吸附剂是一个好主意。氢氧化铝 (γ-AlO(OH)) 是一种很好的废水处理吸附剂,因为它具有高比表面积和大量的表面羟基 [15, 16]。因此,γ-AlO(OH)是一种潜在的MgAl-LDH无机插层材料。

本文通过水热法成功地将γ-AlO(OH)插入到MgAl-LDH中。这种复合材料对甲基橙 (MO) 表现出优异的吸附性能。采用X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜( TEM) 和高分辨率透射电子显微镜 (HRTEM)。通过对MO的吸附评价复合材料的吸附性能,并对γ-AlO(OH)与MgAl-LDH的协同作用机理进行了深入研究。

方法

γ-Al2O(OH)/MgAl-LDH 的制备

所有化学试剂均为分析纯,无需进一步纯化即可使用。 γ-AlO(OH)/MgAl-LDH复合材料采用水热法制备。在典型的合成中,将 Mg(NO3)2·6H2O (4.615 g) 和 Al(NO3)3·9H2O (3.376 g) 溶解在 50 mL 去离子 (DI) 水(Mili-Q,18.2 MΩ)中形成溶液1.将NaOH(2.516g)溶解在25mL脱气去离子水中,从而产生溶液2。将溶液1和2滴加到装有25mL去离子水的反应容器中,在恒定pH值10和温度60℃下剧烈搅拌。然后,将所得浆液在140°C的水热条件下进一步处理10小时并冷却至室温。 γ-AlO(OH)/MgAl-LDH 用去离子水洗涤数次,并在真空冷冻干燥机中冻干。为了比较,通过相同的水热处理(140 °C,10 h)制备了纯MgAl-LDH和γ-AlO(OH)。

特征化

通过粉末 X 射线衍射 (XRD; X'Pert PRO PANalytical) 在 2θ 波长为 0.15406 nm 的 Cu Kα 辐射范围为 5–80°。样品的表面形态通过 FESEM (S4800) 在 5 kV 下成像。样品的微观结构通过 HRTEM (JEM-2100F) 在 200 kV 下进行分析。在 4000–400 cm -1 范围内记录了红外光谱 使用光学分辨率为 4 cm −1 的 FTIR 光谱仪(NEXUS 470,Nicolet 仪器) 和100 im的孔径尺寸。使用 NOVA-1200e 仪器在 - 196 °C 下进行表面和孔隙率定量的氮吸附-解吸实验。在分析之前,样品在真空下在 80°C 下预处理 12 小时。 X 射线光电子能谱(XPS;ESCALAB 250Xi)测量是使用 Al Kα 辐射进行的。测量光谱扫描的能量为 100 eV,步长为 1 eV。高分辨率扫描的能量为 20 eV,步长为 0.1 eV。测试真空度为10 -10 毫巴。使用配备积分球的 UV-3600 分光光度计获得不同样品的 UV-Vis 吸收光谱。材料的光致发光光谱由荧光分光光度计(VARIAN)测得。

吸附实验

测试样品对水溶液中甲基橙(MO)的吸附性能。将 50 毫克样品放入 50 毫升的 1000 毫克 L -1 磁力搅拌下的 MO 溶液。使用 0.1 M HNO3 酸或 1 M NaOH 溶液调节溶液的 pH 值。适当时间后,从悬浮液中取出水样 (3 mL)。通过离心获得上清液,并使用紫外-可见分光光度计(UV-3600)测量溶液的浓度。平衡吸附量(q e (mg g −1 )) 和瞬时吸附量 (q t (mg g −1 )) 的计算公式如下:

$$ {q}_t=\frac{\left({C}_0-{C}_t\right)V}{m}\kern35em (1) $$$$ {q}_e=\frac{\left( {C}_0-{C}_e\right)V}{m}\kern35.25em (2) $$

其中 C 0 (mg L −1 ) 是初始 MO 浓度; C e (mg L −1 ) 和 C t (mg L −1 ) 是平衡时和 t 时的 MO 浓度 (min) 分别; V (L) 是溶液的体积;和 m (g) 是吸附剂的质量。

解吸实验

使用去离子水作为干扰剂进行 MO 的解吸实验。用水轻轻洗涤 50 毫克部分使用过的样品,以去除任何未受干扰的 MO。此外,将装载的 MO 样品与乙醇溶液一起剧烈搅拌并离心。离心后,将获得的样品冻干。然后,对所得粉末样品进行连续的吸附-解吸循环。

结果与讨论

合成样品的表征

合成样品的 XRD 图如图 1a 所示。对于γ-AlO(OH)/MgAl-LDH,观察到主要衍射峰位于10.09°、19.95°、34.40°、60.56°和61.48°,对应于(003)、(006)、分别为 MgAl-LDH(JPCDS No. 89-0460)的 (012)、(110) 和 (113) 平面。此外,在 14.1°、27.9°、38.1° 和 48.9° 处的峰可归因于 γ-AlO(OH) (JPCDS) 的(020)、(120)、(031)和(051)衍射面第 21-1307 号),分别。该结果表明 γ-AlO(OH)/MgAl-LDH 复合材料具有 MgAl-LDH 和 γ-AlO(OH) 相。此外,为了比较,MgAl-LDH 的 (003) 面位于 2θ =11.63°,表明当 γ-AlO(OH) 插入 MgAl-LDH 时,(003) 面的间距从 7.6 Å (2θ =11.63°) 到 8.77 Å (2θ =10.09°)。晶胞参数如表1所示。观察到MgAl-LDH和γ-Al2O(OH)/MgAl-LDH的“a”轴没有变化。

合成样品的XRD图谱(a )。合成样品在 400–4000 cm -1 的 FTIR 光谱 (b )

<图>

合成样品的 FTIR 光谱如图 1b 所示。在 MgAl-LDH 的 FTIR 光谱中,3449 cm -1 处的谱带 可以归因于 O-H 伸缩振动 [17]。 400 到 900 cm −1 的波段 是由于 M–O、O–M–O 和 M–O–M (M =Mg 2+ 和Al 3+ ) 伸缩振动 [18],以及 781 cm −1 处的带 是由于 Al-OH 振动 [19]。对于 γ-AlO(OH),在 3111 和 3325 cm -1 处的谱带 分别属于 υas(Al)O-H 和 υs(Al)O-H 伸缩振动 [20]。在1142和1066 cm -1 处观察到氢键的振动 [21]。此外,在 481、636 和 749 cm -1 可以分配给 Al-O 键 [22]。对于 γ-AlO(OH)/MgAl-LDH,根据与 γ-AlO(OH) 和 MgAl-LDH 的比较,可以轻松分配大部分波段。 3474 cm −1 处的强带 可归因于 γ-AlO(OH) 和 MgAl-LDH 中 –OH 基团的伸缩振动。 826、669 和 445 cm −1 处的波段 分别对应于 MgAl-LDH 中的金属-氧、金属-氧-金属和氧-金属-氧伸缩振动 [18]。与MgAl-LDH相比,Al-OH的能带从781移到826 cm -1 .此外,在 1064 cm −1 可以归因于 γ-AlO(OH) 中氢键的振动。 1618、1633 和 1619 cm −1 处的带 在 MgAl-LDH 中,γ-AlO(OH) 和 γ-AlO(OH)/MgAl-LDH 分别可以归因于水分子的弯曲振动。此外,在 1360、1385 和 1380 cm -1 MgAl-LDH、γ-AlO(OH)和γ-AlO(OH)/MgAl-LDH分别与CO3 2− 有关 [23]。 CO3 2− 的波段 γ-Al2O(OH)中的残留表明,即使经过反复洗涤,一些碳酸盐基残留物仍被困在高度多孔的细胞整体中[24]。

通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)研究样品的形貌和微观结构。如图 2a 所示,观察到 MgAl-LDH 样品由纳米片组成。纳米片的平均厚度估计在 140 到 150 nm 之间。图 2b 中的 FESEM 图像显示 γ-AlO(OH) 由纳米针组成。图 2c 所示的 γ-AlO(OH)/MgAl-LDH 样品具有由片状附聚物组成的形态,而不是 γ-AlO(OH) 的形态。在图 2d、e 的情况下,MgAl-LDH 和 γ-Al2O(OH) 的 TEM 图像也分别显示出 MgAl-LDH 的纳米片状形态和 γ- 纳米针状形态的有力证据。氧化铝(OH)。有趣的是,可以清楚地观察到 γ-AlO(OH)/MgAl-LDH 样品由纳米片和纳米针组成(图 2f)。此外,在 γ-AlO(OH)/MgAl-LDH 的 HRTEM 图像中(图 2g),晶格间距 0.235 nm 和 0.152 nm 对应于 γ-AlO(OH) 的(031)面和(110) MgAl-LDH 平面。此外,图 2h 的 EDX 映射证明了复合材料中 C、O、Mg 和 Al 元素的均匀分布,表明 γ-AlO(OH)/MgAl-LDH 复合材料混合均匀。

MgAl-LDH (a ), γ-AlO(OH) (b ), 和 γ-AlO(OH)/MgAl-LDH (c )。 MgAl-LDH (d ), γ-Al2O(OH) (e ), 和 γ-AlO(OH)/MgAl-LDH (f )。 HRTEM 图像 (g ) 和 EDX 映射 (h , i ) γ-AlO(OH)/MgAl-LDH

XRD、FTIR、FESEM和HRTEM分析表明,利用MgAl-LDH的“空间受限”效应,利用水热法在MgAl-LDH层中成功制备了纳米针γ-AlO(OH)。

初始溶液 pH 值的影响

由于吸附剂的表面电荷,溶液的 pH 在吸附过程中起着重要作用 [25]。图3显示了γ-AlO(OH)/MgAl-LDH样品在不同pH值下对MO的吸附性能,MO初始浓度为1000 mg L -1 .据观察,当初始 pH =3 时吸附量最高,吸附容量随着 pH 值的增加而降低,表明合成样品更有效地吸附酸性溶液中的 MO。此外,当 pH 值低于 3 时,具有氢氧化物片的层状材料的结构会消失 [26]。因此,本研究中使用的初始溶液 pH 值建议为 3。 γ-AlO(OH)/MgAl-LDH 样品在不同 pH 值下吸附 MO 的照片也显示在图 3(插图)中。观察到在 pH =3 时,MO 吸附 210 min 后,溶液颜色清澈,表明 MO 已被完全吸附。随着pH值的增加,溶液颜色变深。

初始溶液pH值对γ-AlO(OH)/MgAl-LDH吸附MO的影响(初始MO浓度:1000 mg L -1 , 吸附剂用量:1 g L −1 , 接触时间:210 min), 插图:MO 溶液在不同 pH 下吸附后的光学照片

接触时间和吸附动力学的影响

接触时间对样品吸附 MO 的影响如图 4 所示。对于所有吸附剂,吸附的初始速率都非常快。与纯γ-AlO(OH)和MgAl-LDH相比,γ-AlO(OH)/MgAl-LDH在吸附速度和容量方面表现出更强的吸附性能。当MO初始浓度为1000 mg L -1 对于 γ-AlO(OH)/MgAl-LDH 和 200 mg L -1 对于γ-AlO(OH)和MgAl-LDH,最大实验平衡吸附容量为1000 mg g −1 使用 γ-AlO(OH)/MgAl-LDH 获得,其高于 γ-AlO(OH) (183.3 mg g -1 ) 和 MgAl-LDH (155.5 mg g −1 )。如图 4(插图)所示,观察到 γ-AlO(OH)/MgAl-LDH 溶液在平衡后完全无色。然而,纯γ-AlO(OH)和MgAl-LDH溶液的颜色仍然很深。

接触时间对MO吸附的影响,插图:吸附后MO溶液的平衡光学照片

为了理解样品的吸附机制,使用伪一级和伪二级动力学模型来拟合实验数据。伪一阶和伪二阶速率定律由方程计算。 (3) 和 (4) [27] 分别:

$$ \ln \left({q}_e-{q}_t\right)=\ln {q}_e-{k}_1t\kern30.25em (3) $$$$ \frac{t}{q_t} =\frac{1}{k_2{q}_e^2}+\frac{t}{q_e}\kern37.25em (4) $$

其中 q t (mg g −1 ) 和 q e (mg g −1 ) 是 t 时刻吸附的 MO 量 (min) 和处于平衡状态,分别为 k 1 (min −1 ) 和 k 2 (g mg −1 min −1 )分别为准一级和准二级动力学模型的吸附速率常数[28]。

表 2 显示了两种吸附动力学模型和相关系数。从相关系数 R 2 从表 2 中可以看出,伪二阶模型比伪一阶模型更适合样品的吸附。此外,理论计算值 (q 来自伪二阶模型的 e,cal) 更接近于实验值 (q e,exp) 比伪一阶模型的那些。因此,基于准二级动力学假设,MgAl-LDH、γ-AlO(OH)和γ-AlO(OH)/MgAl-LDH的吸附速率受化学相互作用控制[29]。

<图>

吸附等温线

图 5 显示了合成样品的吸附等温线。在三个样本中,q e γ-AlO(OH)/MgAl-LDH的值随着C的增加而增加最快 e .此外,吸附实验数据通过 Langmuir 和 Freundlich 模型进行分析,以评估平衡状态下 MO 与吸附剂之间的关系 [30]。方程如下:

$$ \mathrm{Langmuir}:\frac{C_e}{q_e}=\frac{1}{q_m{K}_L}+\frac{C_e}{q_m}\kern29em (5) $$$$ \mathrm{ Freundlish}:\ln {q}_e=\ln {K}_F+\frac{1}{n}\ln {C}_e\kern27.25em (6) $$

样品的平衡吸附等温线

其中 C e (mg L −1 ) 是 MO 的平衡浓度,q e (mg g −1 ) 是每单位质量吸附剂吸附的 MO 量,q (mg g −1 ) 是单层吸附容量。 K L (L mg −1 ) 是与吸附速率相关的朗缪尔常数。 K F [(mg g −1 ) (L mg −1 ) 1/n ] 和 n −1 (无量纲)分别为与吸附容量和吸附强度相关的弗氏常数。

样品模拟吸附等温线的相应参数列于表3中。 观察到MO在γ-AlO(OH)/MgAl-LDH上的最大吸附容量显着高于γ-AlO(OH)和 MgAl-LDH。此外,与 Freundlich 模型相比,Langmuir 模型与实验数据拟合更好,具有更高的 R 2 . q m γ-AlO(OH)/MgAl-LDH (4681.40 mg g -1 ) 从朗缪尔方程得到的远高于 γ-AlO(OH) (1492.5 mg g −1 ) 和 MgAl-LDH (769.2 mg g −1 )。此外,较大的 K Freundlich 方程中的 F 也表明 γ-AlO(OH)/MgAl-LDH 对 MO 具有增强的亲和力。令人惊讶的是,γ-AlO(OH)/MgAl-LDH 的吸附能力远高于大多数报道的吸附能力(如表 4 所示)。

<图> <图>

γ-Al2O(OH)/MgAl-LDH对MO的吸附机理

图6a、b显示了样品的N2吸附-解吸等温线和BJH孔径分布。根据 IUPAC 分类,等温线可以归类为在高相对压力下具有 H3 磁滞回线的 IV 曲线。证明吸附剂具有介孔材料的性质。通过 BJH 方法计算的孔径分布如图 6b 所示。与MgAl-LDH相比,γ-AlO(OH)和γ-AlO(OH)/MgAl-LDH具有更宽的孔径分布曲线。如表1所示,MgAl-LDH、γ-AlO(OH)和γ-AlO(OH)/MgAl-LDH的BET分析结果为14.1 m 2 g −1 , 95.9 m 2 g −1 , 和 34.1 m 2 g −1 , 分别。结果表明,γ-AlO(OH)/MgAl-LDH 的优异吸附性能并不依赖于大的比表面积。吸附MO前后样品的光学照片如图6c所示(离心前)。根据吸附前的光学照片,样品的原始体积为γ-AlO(OH)/MgAl-LDH <γ-AlO(OH) -1 ),很明显粉末的体积发生了变化。样品的体积膨胀率如下:γ-AlO(OH)/MgAl-LDH> γ-AlO(OH)> MgAl-LDH。因此,可以推断吸附剂的体积膨胀率对MO的吸附性能有很大影响。

N2 吸附-解吸等温线曲线 (a ) 和孔径分布曲线 (b ) 的样本。吸附前后样品的光学照片(c )

图 7a 显示了 γ-AlO(OH)/MgAl-LDH 在 MO 吸附前后的 XRD 谱。与γ-AlO(OH)/MgAl-LDH相比,吸附MO后γ-AlO(OH)/MgAl-LDH的光谱中出现了许多新峰。此外,除了 MgAl-LDH 的(003)和(006)面外,其他面都没有向低角度移动。新的峰表明 MO 阴离子通过阴离子交换进入 γ-AlO(OH)/MgAl-LDH 的夹层,并导致 (003) 平面移动到小角平面 [8]。更重要的是,在吸附 MO 后,γ-AlO(OH)/MgAl-LDH 的 (003) 面从 8.77 Å 增加到 11.99 Å,增加了 3.22 Å。有趣的是,如图 7b 所示,吸附 MO 后对应于 MgAl-LDH 的(003)面的度数没有变化,表明 MO 不能吸附在 MgAl-LDH 层中。观察到γ-AlO(OH)在LDH层中起重要作用,对MO的吸附作用如图1所示。一方面,通过“空间受限”效应,纳米针γ-AlO(OH) ) 可以在 MgAl-LDH 层之间生长以扩大 (003) 面间距,这有助于 MO 通过静电引力进入 MgAl-LDH 中间层。另一方面,由于LDH层之间的膨胀,MgAl-LDH有更多的空间来存储MO。

γ-AlO(OH)/MgAl-LDH (a ) 和 MgAl-LDH (b )分别吸附MO前后

γ-AlO(OH)/MgAl-LDH促进MO吸附的机理

由以上讨论可知,γ-AlO(OH)/MgAl-LDH 比 γ-AlO(OH) 和 MgAl-LDH 具有更高的吸附动力学和吸附性能。为了更好地研究性能改进的机制,对样品进行了 zeta 电位测试。如图 8a 所示,pH =3 的样品悬浮液显示出带正电荷的表面,γ-AlO(OH)/MgAl-LDH(43.03 mV)的 ζ 电位值远大于 MgAl- LDH (13.88 mV) 和γ-Al2O(OH) (4.32 mV)。该结果表明,γ-AlO(OH)进入MgAl-LDH层会产生协同效应,从而提高了γ-AlO(OH)/MgAl-LDH样品的zeta电位。如Scheme 1所示,MO分子可以形成为C14H14N3SO3 - 和 Na + 在水里。因为 C14H14N3SO3 阴离子带负电,容易被γ-AlO(OH)/MgAl-LDH吸附。推测LDH对阴离子染料具有良好的吸附能力。

样本的 ζ-电位 (0.2 mg mL −1 ) 在 pH =3 的水溶液中 (a )。 MO, γ-AlO(OH)/MgAl-LDH 在吸附 MO 前后的 FTIR 光谱 (b )

吸附MO后γ-AlO(OH)/MgAl-LDH的FTIR光谱如图8b所示。与原来的γ-AlO(OH)/MgAl-LDH相比,γ-AlO(OH)/MgAl-LDH的FTIR光谱在吸收MO后表现出明显的变化。 1608 和 1520 cm −1 处的带 是由于 N=N 伸缩振动和 N-H 弯曲振动。此外,在 1183 和 1033 cm −1 是由于磺酸基 (–SO3 ), 分别。 1122 cm −1 处的波段 是由于 O=S=O 的对称伸缩振动 [36]。 1008 cm −1 处的波段 与 C-H 芳族面内弯曲振动有关 [1]。显然,γ-AlO(OH)/MgAl-LDH 的 O-H 峰从 3474 移到了 3843 cm -1 当MO被吸附时,表明氢键参与了吸附过程。

此外,XPS 用于表征吸附 MO 前后的吸附剂。如图 9 所示,在吸附 MO 后,S 元素出现在 γ-AlO(OH)/MgAl-LDH 的光谱中。 S 2p 的高分辨率光谱位于 167 eV,如图 9b 所示,表明吸附剂中存在 MO。图 9c、d 分别显示了 γ-AlO(OH)/MgAl-LDH 在 MO 吸附前后的 O 1s 光谱。位于 530.5、531 和 531.8 eV 的三个峰如图 9c、d 所示,可以归为金属氧化物(M-O)形式的 O,碳酸盐(CO3 2- ) 和 MgAl-LDH 中间层的金属羟基 (M-OH) [1]。值得注意的是,MO吸附后吸附剂的O 1s的强度和组成发生了显着变化。图 9d 中位于 531.6 eV 的新出现的峰可以归为硫酸盐基团(S-O)中的 O。此外,如表 5 所示,CO3 2− 由于离子交换,从 27.2% 下降到 18.1%。吸附MO后M-O的相对比例从9%增加到26.4%,M-OH的相对比例从63.8%下降到25.7%。结果表明γ-AlO(OH)/MgAl-LDH的羟基活性位点对甲基橙的吸附起重要作用,说明MO的吸附受化学相互作用控制;这与拟二级动力学模型一致。

MO吸附前后γ-AlO(OH)/MgAl-LDH的宽XPS谱图(a ), γ-AlO(OH)/MgAl-LDH 吸附 MO 后的 S 2p 窄 XPS (b ), γ-AlO(OH)/MgAl-LDH (c ), γ-AlO(OH)/MgAl-LDH 吸附 MO 后的 O 1s 光谱 (d )

<图>

吸附剂回收

通过吸附-解吸循环研究了γ-Al2O(OH)/MgAl-LDH吸附剂的再生性能。如图 10 所示,γ-AlO(OH)/MgAl-LDH 的吸附容量保持在 762 mg g -1 4个循环后,去除效率保持在76%以上。容量的下降是由于MO解吸不完全和染料分子在吸附洗涤过程中吸附剂的损失。这些结果表明γ-Al2O(OH)/MgAl-LDH可被认为是一种高效且可回收的吸附剂,可用于去除水中的MO。

γ-AlO(OH)/MgAl-LDH的吸附循环性能。初始 MO 浓度:1000 mg L -1

结论

采用一锅法合成了γ-AlO(OH)/MgAl-LDH的复合材料。作为吸附剂,该复合材料对 MO 表现出优异的吸附性能。一方面,基于“空间受限”效应,在MgAl-LDH层之间制备了γ-AlO(OH)纳米针。 LDH 层之间的扩展导致更多的空间用于存储 MO。另一方面,羟基活性位点导致 γ-AlO(OH)/MgAl-LDH 和 MO 之间的化学相互作用,从而促进吸附动力学。因此,γ-AlO(OH)/MgAl-LDH对MO表现出优异的吸附性能,初始浓度为1000 mg L -1 时,可在210 min内完全吸附MO。 . 4次循环后,再生后的吸附剂可保持76%以上的初始吸附容量。此外,γ-AlO(OH)/MgAl-LDH的最大吸附容量达到4681.40 mg g -1 根据朗缪尔吸附模型。基于γ-AlO(OH)/MgAl-LDH的正zeta电位,该复合物对MO、刚果红和酸性橙7等阴离子染料具有更强的吸附动力学和吸附性能。这些吸附的染料可以解吸和再利用,或直接焚化。此外,该复合材料还是一种潜在的光催化剂载体。当光催化剂负载在 γ-AlO(OH)/MgAl-LDH 上时,染料会迅速吸附在催化剂周围,从而改善光催化反应动力学。因此,γ-AlO(OH)/MgAl-LDH在水污染治理方面具有巨大的潜力。

数据和材料的可用性

在当前研究期间生成和/或分析的数据集可根据合理要求从相应作者处获得。

缩写

DDS:

有机阴离子十二烷基硫酸盐

DI:

去离子

FESEM:

场发射扫描电子显微镜

FTIR:

傅里叶变换红外光谱

HRTEM:

高分辨透射电子显微镜

LDHs:

层状双氢氧化物

MO:

甲基橙

TEM:

透射电子显微镜

XPS:

X射线光电子能谱

XRD:

X射线粉末衍射

γ-Al2O(OH):

氢氧化铝


纳米材料

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  11. 通过分层物理相互作用制备具有优异机械性能和快速自愈能力的聚(丙烯酸)/氮化硼复合水凝胶
  12. 应变对 InSe 单层热电性能的影响