3種方法制備NiCoCr-LDHs對(duì)MO的吸附性能研究

背景介紹隨著現(xiàn)代工業(yè)化的迅速發(fā)展，環(huán)境污染問(wèn)題日益突顯，由工業(yè)化造成的水污染已成為全球水污染主要問(wèn)題之一。其中，印染廢水因含有發(fā)色基團(tuán)、變色基團(tuán)和共軛芳香結(jié)構(gòu)，具有成分復(fù)雜、色度深、難降解、毒性強(qiáng)含量相對(duì)較高等特點(diǎn)，成為環(huán)境治理問(wèn)題的難點(diǎn)之一。為了消除這些污染物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的不利影響，許多研究者使用不同技術(shù)治理污染問(wèn)題，如膜過(guò)濾、電滲析、光催化、絮凝、生物法、化學(xué)氧化還原和吸附。與其他技術(shù)相比，吸附法因其操作簡(jiǎn)單、高效、易回收和環(huán)境友好，是較為合適的水處理的方法，目前常用的吸附材料如活性炭、石墨烯復(fù)合材料、沸石難以處理高濃度染料廢水污染物廢水，因此制備出簡(jiǎn)單且吸附效果優(yōu)異的材料成為研究的重點(diǎn)。文章亮點(diǎn)1.使用尿素水解法（Urea）、恒定pH共沉淀法（CC-H）、超聲共沉淀法（U-H）制備了新型NiCoCr-LDHs吸附劑；2.研究其在各種因素條件下對(duì)甲基橙染料廢水的吸附性能的影響，并對(duì)3種NiCoCr-LDHs吸附實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。內(nèi)容介紹1

實(shí)驗(yàn)部分1.1

主要儀器與試劑1.2

實(shí)驗(yàn)方法1.2.1

尿素水解法制備NiCoCr-LDHs按物質(zhì)的量之比為1:1:1稱取總量為0.1mol的Ni(NO3)2·6H2O、Co(NO3)2·6H2O、Cr(NO3)3·9H2O,配置成100mL的溶液。稱取0.2mol的尿素(urea)，配置成100mL的尿素溶液。將金屬鹽溶液與尿素溶液等體積混合，攪拌均勻后，倒入反應(yīng)釜中，在120℃下反應(yīng)12h后得到沉淀產(chǎn)物，使用去離子水洗滌至中性。在60℃下烘干24h，研磨成粉備用，即得到尿素水解法制備的NiCoCr-LDHs，記作Urea。1.2.2

恒定pH共沉淀法制備NiCoCr-LDHs恒定pH共沉淀法(簡(jiǎn)稱CC-H)。按物質(zhì)的量之比為1:1:1稱取總量為0.1mol的Ni(NO3)2·6H2O、Co(NO3)2·6H2O、Cr(NO3)3·9H2O，倒入100mL的去離子水中攪拌30分鐘至完全溶解狀態(tài)，同時(shí)配制2mol/L的NaOH溶液備用。2

結(jié)果與討論2.1

表征結(jié)果2.1.1

XRD和FT-IR分析如圖1a所示，展示了Urea、CC-H、U-H的XRD衍射圖。圖1

Urea、CC-H、U-H的XRD(a)；FT-IR(b)Fig.1

XRD(a),FTIR(b)ofUrea,CC-HandU-H2.1.2

SEM形貌分析如圖2所示，分別對(duì)Urea、CC-H、U-H3種方法制備的NiCoCr-LDHs進(jìn)行SEM和EDS測(cè)試，其SEM測(cè)試結(jié)果如圖2a~2c所示。圖

2

Urea(a、d)、CC-H(b、e)、U-H(c、f)的SEM和Mapping圖Fig.2

SEMandmappingmapsof

Urea(a、d),CC-H(b、e),andU-H(c、f)2.1.3

比表面積與孔徑分析Urea、CC-H、U-H的N2吸附脫附曲線和孔徑分布如圖3所示，根據(jù)IUPAC等溫線分類標(biāo)準(zhǔn)，可將制備的3種NiCoCr-LDHs吸附材料歸類于Ⅳ型，在相對(duì)壓力下呈現(xiàn)H3型滯后環(huán)，表明3種NiCoCr-LDHs為非剛性的顆粒聚集體板狀形式，創(chuàng)造了不同形狀和大小的狹縫狀孔隙。圖3

Urea、CC-H、U-H的N2吸附脫附曲線(a)；孔徑分布圖(b)Fig.3

N2

adsorptionanddesorptioncurves(a)andaperturedistributionmap(b)ofUrea,CC-HandU-H2.1.4

TG-DSC分析材料的熱穩(wěn)定性可以通過(guò)熱分析來(lái)評(píng)估，如圖4所示，從圖4a中可以看出尿素水解法制備的NiCoCr-LDHs的第一階段的失重發(fā)生在46~199℃范圍內(nèi)，失重比約為15.02%，此階段的失重是由于層間水分子隨溫度的升高而蒸發(fā)所致[23]，該階段材料仍保持層狀結(jié)構(gòu)，未遭到破壞。圖4

Urea(a)、CC-H(b)、U-H(c)的TG-DSC圖Fig.4

TG-DSCofUrea(a),CC-H(b)andU-H(c)2.1.5

ICP和元素分析為了對(duì)Urea、CC-H、U-H這3種合成方法制得的NiCoCr-LDHs進(jìn)行元素含量測(cè)定，分別對(duì)它們進(jìn)行了ICP和元素分析測(cè)試。如表2所示，可以看到CC-H的Ni元素含量為17.5272%，是3種材料中含量最高的，同時(shí)Co元素的含量也是最高的，為17.5825%。2.1.6

XPS分析如圖5所示，使用XPS研究分析了3種NiCoCr-LDHs的價(jià)態(tài)和元素組成。圖5

3種材料的Ni（a），Co（b），Cr（c）和總譜圖（d）XPS分析Fig.5

(a)Ni,(b)Co,(c)Cr,(d)fullspectrumXPSanalysisofthreematerials2.2

吸附條件對(duì)NiCoCr-LDHs吸附性能的影響2.2.1

吸附時(shí)間與吸附溫度對(duì)吸附實(shí)驗(yàn)的影響在常溫原始pH條件下，將MO的初始濃度定為200mg/L，材料投加量定為20mg，分別以10、20、30、45、60、90、120min為時(shí)間梯度，探究NiCoCr-LDHs吸附時(shí)間對(duì)MO的去除率的影響。2.2.2

甲基橙濃度對(duì)吸附實(shí)驗(yàn)的影響MO的初始濃度也是吸附過(guò)程中的一個(gè)重要影響因素。本實(shí)驗(yàn)研究了Urea、CC-H、U-H方法制備的NiCoCr-LDHs吸附劑，在常溫原始pH條件下，3種NiCoCr-LDHs材料投加量為20mg，初始MO濃度梯度設(shè)置為50、100、200、300、500、700、1000mg/L，對(duì)3種NiCoCr-LDHs展開(kāi)吸附實(shí)驗(yàn)。3

結(jié)論本文采用尿素水解法、恒定pH共沉淀法、超聲共沉淀法制備新型三元NiCoCr-LDHs吸附材料。系統(tǒng)研究了吸附時(shí)間、甲基橙濃度、溫度、pH、材料投加量對(duì)NiCoCr-LDHs吸附甲基橙的影響。Urea、CC-H、U-H的最大吸附容量分別為355、39