钙铝层状双氢氧化物(CaAl-LDH)对铅镉砷污染废水的吸附性能及机制研究

重金属污染普遍存在且日趋严重,解决阳离子和阴离子重金属共存的复合污染问题依然是一个严峻的挑战。本研究采用简便的原位共沉淀法制备了钙铝层状双氢氧化物(CaAl-LDH),用于去除水中的重金属离子。通过XRD、SEM、FTIR和XPS等表征方法研究CaAl-LDH的制备及其对重金属离子的吸附机理。采用批吸附实验研究CaAl-LDH对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和As(Ⅴ)三种金属离子的吸附能力。结果表明,准一级动力学模型可以很好地拟合CaAl-LDH对三种重金属的吸附。吸附等温线结果表明,与Freundlich模型(R^(2)<0.67)相比,Cd的吸附过程更符合Langmuir模型(R^(2)>0.92)。Langmuir和Freundlich模型都能有效拟合Pb和As的吸附(R^(2)>0.90)。CaAl-LDH对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和As(Ⅴ)的最大吸附量分别为786.6、437.2和72.9 mg/g,并且在10 min内能够达到吸附平衡,反应快速高效。CaAl-LDH对铅、镉、砷的吸附机理各异。铅的吸附可能通过表面沉淀实现,而镉的吸附机理为同晶置换。至于As的吸附,可能涉及LDH层间的离子交换。该实验提供了一种对阴、阳离子重金属都具有高效吸附性能的LDH材料,并在重金属复合污染废水治理中显示出一定的应用潜力。

钙铝层状双氢氧化物对镉污染农田的钝化修复

农田土壤重金属镉(Cd)富集对农产品的危害极大,且不易去除。钙铝层状双氢氧化物(CaAl-LDH)为一类层状双金属复合氢氧化物,在土壤修复领域表现出高效、清洁、稳定的特点。选择典型五金加工企业周边Cd污染农田开展应用CaAl-LDH钝化土壤Cd大田试验,连续监测分析土壤Cd形态及稻米籽粒Cd含量的变化,探讨CaAl-LDH对农田Cd的钝化效果。结果显示,相比背景对照田块,施加CaAl-LDH田块土壤离子交换态Cd下降26.71%,残渣态Cd和铁锰结合态Cd分别升高18.49%、5.68%,稻米Cd含量下降68.42%。连续原位监测显示,CaAl-LDH应用于试验区Cd污染农田修复的第2年,稻米籽粒Cd含量降幅仍保持37%以上。

钙铝层状双氢氧化物的改性及表征

采用离子交换法,将铝酸三钙(C3A)投加至十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate,SDS)溶液中,通过调节pH值和反应温度,制备出插入SDS阴离子的钙铝层状双氢氧化物(CaAl-SDS-layered double hydroxide,CaAl-SDS-LDH)。通过X射线衍射、红外光谱、透投射电镜及热重-差热分析等手段对样品分析表征。结果表明,在SDS浓度为0.2mol·L-1,pH值11,合成温度25℃为最佳合成工艺条件,所得CaAl-SDS-LDH层间距为2.79nm,SDS阴离子在层间以双分子层的形式垂直于层板形成交错有序的排布;CaAl-SDS-LDH中有机物质量分数为40%。经SDS改性后的CaAl-SDS-LDH具有层状结构,晶粒尺寸较小,粒径分布集中,晶粒有序度较高。

有机钙铝层状双氢氧化物材料的制备及表征

采用离子交换法,利用十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate,SDS)改性铝酸三钙与氯化钙溶液反应生成的钙铝层状双氢氧化物(CaAl-layered double hydroxide,CaAl-LDH)制备了有机CaAl-LDH。通过X射线衍射、透射电镜、红外光谱及热重–差热分析等手段对样品进行表征。采用液相总有机碳测试手段,研究了CaAl-LDH对SDS的吸附动力学和等温吸附效果。最佳的工艺条件为:SDS初始浓度0.4mol/L;振荡反应时间8h。所得的有机CaAl-LDH中有机物的质量分数超过40%。SDS进入CaAl-LDH层间后,未破坏层状结构,其层间距增加,晶体结构完整,晶粒有序度高。