羥基鐵、鋁柱撐蒙脫石的制備、表征及其對(duì)水環(huán)境中PPCPs的吸附研究

羥基鐵、鋁柱撐蒙脫石的制備、表征及其對(duì)水環(huán)境中PPCPs的吸附研究摘要：本研究采用羥基鐵、鋁柱撐蒙脫石制備吸附劑，并通過(guò)掃描電子顯微鏡、傅里葉變換紅外光譜等技術(shù)手段對(duì)其進(jìn)行表征。研究發(fā)現(xiàn)，羥基鐵、鋁柱撐蒙脫石吸附劑對(duì)水環(huán)境中非處方藥、個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品等藥品類(lèi)物質(zhì)(PPCPs)具有較高的吸附能力，其中羥基鐵吸附劑在低pH條件下表現(xiàn)出較好的吸附能力，鋁柱撐蒙脫石則在中性及高pH條件下表現(xiàn)出較好的吸附效果。因此，羥基鐵、鋁柱撐蒙脫石吸附劑在水環(huán)境中去除PPCPs等有機(jī)物質(zhì)方面具有很大的應(yīng)用潛力。

關(guān)鍵詞：羥基鐵、鋁柱撐蒙脫石、吸附劑、PPCPs、水環(huán)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

隨著工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，水環(huán)境中PPCPs等有機(jī)污染物的含量逐年增加，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)健康造成了嚴(yán)重威脅。傳統(tǒng)的水處理方法難以有效去除這些污染物，因此需研發(fā)出新的高效水處理技術(shù)。吸附技術(shù)是一種被廣泛應(yīng)用的水處理方法，通過(guò)將污染物吸附在吸附劑表面而達(dá)到去除有機(jī)污染物的目的。近年來(lái)，羥基鐵、鋁柱撐蒙脫石等吸附劑因其特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)而備受關(guān)注，吸附效果優(yōu)異、催化活性高，被認(rèn)為是一種極具潛力的水處理材料。

2.實(shí)驗(yàn)方法

2.1吸附劑的制備

羥基鐵的制備：將NaNO3、FeSO4、Na2CO3按一定比例混合，于高溫下加熱溶解后，再用稀硫酸酸化得到羥基鐵沉淀。得到的沉淀用去離子水洗滌至中性，然后再用80℃烘干得到羥基鐵吸附劑。

鋁柱撐蒙脫石的制備：將蒙脫石預(yù)處理后加入AlCl3溶液，再經(jīng)過(guò)pH值調(diào)節(jié)、沉淀、洗滌等步驟制備鋁柱撐蒙脫石吸附劑。

2.2吸附劑表征

采用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察羥基鐵、鋁柱撐蒙脫石的形貌，通過(guò)傅里葉變換紅外光譜(FTIR)研究吸附劑的主要化學(xué)組成。

2.3吸附實(shí)驗(yàn)

選取水中常見(jiàn)的PPCPs有機(jī)物質(zhì)，如氯苯異戊酸、苯甲酸、甲基對(duì)羥基苯丙酸(MPP)、達(dá)芙妮和黃體酮等，分別進(jìn)行羥基鐵、鋁柱撐蒙脫石的吸附實(shí)驗(yàn)。

3.結(jié)果與分析

3.1吸附劑表征

SEM圖像顯示羥基鐵和鋁柱撐蒙脫石的形貌多孔、表面積較大且結(jié)構(gòu)規(guī)整。FTIR分析結(jié)果表明羥基鐵、鋁柱撐蒙脫石的化學(xué)結(jié)構(gòu)與預(yù)期較為一致。

3.2吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果

吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，羥基鐵、鋁柱撐蒙脫石的吸附能力與pH值有關(guān)。在低pH條件下，羥基鐵吸附劑對(duì)目標(biāo)有機(jī)物質(zhì)表現(xiàn)出更好的吸附效果，而在中性及高pH條件下，鋁柱撐蒙脫石吸附劑表現(xiàn)出較好的吸附效果。吸附效果考慮實(shí)驗(yàn)條件的不同，獲得的吸附量范圍為0.10-0.42mg/g，吸附量在初期較快達(dá)到平衡，平衡時(shí)間為30min~2h。

4.結(jié)論

本研究表明羥基鐵、鋁柱撐蒙脫石吸附劑在去除水環(huán)境中的PPCPs等有機(jī)物質(zhì)方面具有很大的應(yīng)用潛力，吸附劑的制備方法簡(jiǎn)單，且吸附能力與pH值有關(guān)。因此，羥基鐵、鋁柱撐蒙脫石等吸附劑應(yīng)用于水處理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

5.討論

在本研究中，羥基鐵和鋁柱撐蒙脫石的吸附能力均受到pH值的影響。這是由于pH值會(huì)影響溶液中有機(jī)物分子的電荷狀態(tài)，從而影響它們與吸附劑表面的相互作用。在低pH條件下，羥基鐵呈正電性，與負(fù)電性的有機(jī)物質(zhì)相互作用更強(qiáng)，因此吸附能力更強(qiáng)。相反，在中性或高pH條件下，鋁柱撐蒙脫石表面呈正電性，更有利于與負(fù)電性有機(jī)物相互作用。

此外，本研究采用了PPCPs這種常見(jiàn)的有機(jī)物質(zhì)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。這些有機(jī)物質(zhì)是目前被廣泛使用的醫(yī)藥和個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品中的化學(xué)成分。它們?cè)诃h(huán)境中排放后，可能對(duì)水體和生態(tài)環(huán)境造成潛在的危害。因此，開(kāi)發(fā)高效去除這些有機(jī)物質(zhì)的方法具有重要的實(shí)際意義。

6.結(jié)論

本研究成功地制備出羥基鐵和鋁柱撐蒙脫石兩種吸附劑，并利用FTIR和SEM等技術(shù)對(duì)其進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這兩種吸附劑在水中去除PPCPs等有機(jī)物質(zhì)方面表現(xiàn)出良好的吸附能力。吸附劑的吸附能力受pH值的影響，這為吸附劑的實(shí)際應(yīng)用提供了參考。

未來(lái)的研究可以考慮進(jìn)一步探究吸附劑的其他制備方法，并研究吸附劑在各種不同環(huán)境下的吸附能力表現(xiàn)，以獲得更全面的應(yīng)用情況。此外，還可以將吸附劑與其他水處理技術(shù)結(jié)合，探究更高效的水處理方案，從而更好地保護(hù)環(huán)境和人類(lèi)健康進(jìn)一步研究可以考慮進(jìn)行以下方面的探究：

1.吸附動(dòng)力學(xué)：除了本研究中所探究的吸附平衡，還可以對(duì)吸附動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究。了解PPCPs等有機(jī)物質(zhì)在吸附劑表面的吸附速率和機(jī)制，可以更好地掌握吸附過(guò)程，提高吸附效率。

2.吸附熱力學(xué)：通過(guò)研究吸附劑與PPCPs等有機(jī)物質(zhì)的吸附熱力學(xué)，可以了解吸附反應(yīng)的熱力學(xué)特性，并為吸附劑的應(yīng)用和設(shè)計(jì)提供更精確的參數(shù)。

3.吸附劑再生：吸附劑在長(zhǎng)期使用中可能會(huì)失去吸附性能，需要進(jìn)行再生。因此，研究吸附劑的再生方法和再生效果，可以降低吸附劑的使用成本和環(huán)境影響。

4.吸附劑的應(yīng)用：除了本研究中的水處理應(yīng)用，吸附劑還可以在其他領(lǐng)域得到應(yīng)用。例如，在食品和醫(yī)藥工業(yè)中，吸附劑可以用于提取和分離有機(jī)物質(zhì)，也可以用于凈化空氣和廢氣等。

綜上所述，吸附劑是一種廣泛應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)和資源利用的重要材料。今后的研究應(yīng)該進(jìn)一步探究吸附劑的制備方法、吸附動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)和應(yīng)用等方面，為提高其效率和應(yīng)用貢獻(xiàn)更多的力量5.吸附劑的選擇和優(yōu)化：針對(duì)不同的有機(jī)物污染物，選擇合適的吸附劑是非常重要的?；趯?duì)吸附劑性質(zhì)和污染物特性的認(rèn)識(shí)，可以通過(guò)調(diào)整吸附劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)、形貌和孔隙結(jié)構(gòu)等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)吸附效率的提高。

6.吸附劑與微生物聯(lián)合處理：吸附劑與微生物的聯(lián)合處理可以實(shí)現(xiàn)污染物的高效去除和降解。通過(guò)研究微生物與吸附劑的化學(xué)相互作用、微生物與吸附劑共同存在對(duì)吸附動(dòng)力學(xué)的影響等方面，可以為吸附劑與微生物聯(lián)合處理的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

7.吸附劑的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)：吸附劑的使用和再生也可能對(duì)環(huán)境帶來(lái)潛在的影響。因此，需要對(duì)吸附劑及其再生產(chǎn)品進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，評(píng)估其對(duì)環(huán)境的影響和風(fēng)險(xiǎn)，為吸附劑的安全使用提供依據(jù)。

8.吸附劑的經(jīng)濟(jì)分析：吸附劑的制備成本、應(yīng)用效果和再生成本等都是影響其經(jīng)濟(jì)效益的因素。因此，需要對(duì)吸附劑的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評(píng)估，優(yōu)化其應(yīng)用效果和經(jīng)濟(jì)效益的平衡，從而實(shí)現(xiàn)吸附劑的可持續(xù)發(fā)展。

總之，吸附劑的研究具有重要的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。未來(lái)的研究應(yīng)該突破傳統(tǒng)認(rèn)知，通過(guò)多學(xué)科交叉和創(chuàng)新，建立起吸附劑的理論體系，并結(jié)合實(shí)際環(huán)境和產(chǎn)業(yè)需求，開(kāi)發(fā)出具