磷吸附剂Mg/Al-LDO 的再生方法及机制

为提高磷吸附剂Mg/Al-LDO的重复利用性,比较了焙烧一步再生法和解吸-焙烧两步再生法的再生效果;基于XRD、FTIR谱图分析再生过程中吸附剂的晶体结构及层间阴离子的变化,探讨了Mg/Al-LDO的再生机制及再生率下降的原因.结果表明,解吸-焙烧两步再生法更适合作为Mg/Al-LDO的再生方法,最佳再生条件为:解吸液为Na OH-Na_2CO_3混合液,焙烧条件为温度550℃、时间6h;首次再生率可达到95%,经过5次再生后,再生率降为67%,存在再生率下降问题.根据Mg/Al-LDO吸附磷酸根的吸附机制和XRD、FTIR谱图分析,再生率下降的原因包括两方面:一是由于吸附剂的化学吸附作用导致磷酸根解吸不彻底,高温焙烧后晶体中残存的磷酸根仍占据着吸附剂的吸附位点;二是经多次高温焙烧后部分Mg/Al-LDO转化为尖晶石MgAl_2O_4,失去吸附能力.

Fe(Ⅲ)掺杂Mg/Al-LDO作为氮磷吸附剂的研究

针对污水厂尾水脱氮除磷问题,采用共沉淀法制备了镁铝铁类水滑石(Mg/Al/Fe–LDHs),在450℃下焙烧3h得到焙烧态类水滑石(Mg/Al/Fe–LDO).研究了Fe(Ⅲ)掺杂对Mg/Al-LDO吸附氮磷的影响及吸附特性.结果表明,当Mg/Al/Fe物质的量比为3:0.6:0.4时,Mg/Al/Fe-LDO对氮磷吸附性能较好,最大吸附容量分别为28.57mg/g和231.46mg/g.吸附过程均符合Langmuir吸附等温模型,拟合相关系数(R^2)达到0.99以上.根据XRD、FTIR的表征结果可以推断,Mg/Al/Fe–LDO是通过"记忆效应"、静电引力作用完成对氮磷的吸附,对磷的吸附还包括离子交换作用.

高效磷吸附剂 Mg/Al-LDO 的制备及除磷机制

针对污水中磷的去除问题,采用优化后的恒定pH值共沉淀法制备了Mg/Al-layered double hydroxides(Mg/Al-LDHs),经高温焙烧得到高效磷吸附剂Mg/Al-layered double oxide(Mg/Al-LDO);在对其吸附特性研究的基础上,并结合Zeta电位、XRD、FTIR分析吸附前后材料等电点、晶体结构及层间阴离子的变化,探讨Mg/Al-LDO吸附除磷机制.结果表明,采用优化后的共沉淀法,在Mg/Al比为2∶1,焙烧温度450℃,焙烧时间2 h条件下制备出的Mg/Al-LDO对磷酸根吸附性最好,最大吸附容量可达到176.94 mg·g-1,与理论吸附容量191.57 mg·g-1基本一致,远高出Mg/Al-LDHs及其它磷吸附剂.实验数据对准二级反应动力学模型的拟合结果较好,吸附过程符合Langmuir吸附等温模型.结合Zeta电位、XRD、FTIR的结果推测,Mg/AlLDO吸附除磷主要是通过静电引力、阴离子插层、离子交换、表面配位这4种作用协同完成.

Mg-Al和Mg-Fe型双金属氧化物对亚砷酸根吸附性能的对比

以水滑石和类水滑石为前体,通过煅烧法制备了两种双金属氧化物,对比研究了它们对溶液中亚砷酸根的吸附作用．在室温条件下,Mg-Al-LDO和Mg-Fe-LDO对As(III)的吸附容量分别为83．2和87．45mg／g．从整个时间系列来看,Mg-Fe-LDO对As(III)吸附能力明显要高于Mg-Al-LDO,尤其是在吸附反应初期．观测到Mg—Al-LDO在吸附As(III)过程中溶液pH 值上升,这与化学反应方程式一致;而Mg-Fe-LDO在吸附As(III)过程中pH值先升后降,可以解释为Fe(III)与As(III)的反应所致．将反应介质加热能有效抑制溶解CO2的干扰,并大幅提高LDO对As(III)的吸附容量．

Mg-Al复合氧化物的制备及吸附苯酚动力学

分别采用共沉淀-室温晶化和共沉淀-水热法、经焙烧合成了Mg-Al复合氧化物,对比研究了两种处理对产物物相、形貌、织构性质及吸附苯酚动力学的影响。结果表明,后者使产物的结晶度略有提高,使其比表面积、孔容和平均孔径相应减少,但对形貌影响不大;吸附苯酚的过程均适合拟二级动力学方程,但后者使产物的吸附速率加快,吸附容量增加。

镁铝水滑石的焙烧筛选及磷吸附机理综合实验设计

针对水体富营养化问题,设计了镁铝水滑石的焙烧筛选、结构表征及磷吸附机理研究的综合实验。该实验考察了不同温度制备的焙烧镁铝水滑石(LDO)的除磷性能,筛选出500℃焙烧制备的镁铝水滑石(LDO-500)作为后续磷吸附研究,并对吸附磷前后的LDO-500进行了FTIR、XRD和SEM结构表征,探索了其吸附机理。不仅能让学生熟悉并掌握多种分析仪器的操作技能,还可提升学生的科研素养,增强其科研思维能力。

以镁铝水滑石为前驱体制备复合氧化物催化丙酮气相缩合反应

采用共沉淀-恒温晶化法制备了系列镁铝水滑石(Mg-Al-LDH)样品,对镁铝水滑石在500℃焙烧得到镁铝复合氧化物(Mg-Al-LDO),采用IR、XRD、CO2-TPD、SEM及N2吸附-脱附等方法对Mg-Al-LDH和Mg-Al-LDO进行了表征。在温度250℃、液时空速1h-1条件下,采用固定床对镁铝复合氧化物催化剂对丙酮缩合反应的性能进行微反活性评价。研究结果表明,晶化时间与镁铝复合氧化物的弱碱性位和强碱性位的密度相关。丙酮缩聚反应的主要产物为异佛尔酮(IP)和异丙叉丙酮(MO),以及少量的异丙烯基丙酮、双丙酮醇,均三甲苯等。丙酮缩聚制备异佛尔酮的反应需要催化剂表面弱碱性位(Sw)与强碱性位(Ss)的协同作用,Sw与Ss需要匹配。晶化12h得到的镁铝复合氧化物催化剂(LDO-12)的Sw/Ss=1.3,异佛尔酮(IP)选择性为65.3%,单程有效收率(IP+MO)为14.8%。

层状双金属氧化物吸附溶液中硼的性能研究

采用共沉淀法合成层状双金属氢氧化物并经过高温煅烧后形成层状双金属氧化物,用扫描电子显微镜对样品进行了表征。研究了层状双金属氧化物对硼的吸附性能,考察了溶液pH值、吸附剂用量、吸附时间、吸附温度对吸附性能的影响。实验结果表明,层状双金属氧化物对模拟废液中的硼有很好的吸附效果,当溶液pH值=9.5、吸附剂用量为0.20g、硼初始浓度为100mg/L、反应时间为100min、温度为303K时对硼的去除率为94.47%,吸附量为47.24mg/g。等温吸附研究结果表明,Langmuir模型能更好地描述吸附过程,表明Mg/AlLDO对硼的吸附主要发生在Mg/Al-LDO表面的活性区域,属于饱和单分子层吸附。

双金属复合氧化物再生及重复插层性能的研究

文中以锌铝复合氧化物和镁铝复合氧化物为主体 ,对苯二甲酸和 2 ,5 吡啶二甲酸为客体 ,分别将锌铝复合氧化物与对苯二甲酸及镁铝复合氧化物与 2 ,5 吡啶二甲酸进行多次煅烧及重复插层反应 ,并利用元素分析、X射线衍射 (XRD)、热重 差热 (TG DTA)及比表面 (BET)测试技术对部分样品进行了表征 ,研究结果表明 ,这两种双金属复合氧化物均具有良好的再生及重复插层使用性能。

双金属复合氧化物的表面原位合成及其催化性能研究

催化精馏是一种新型的工艺操作 ,它要求有适合其操作条件的催化活性填料。笔者对催化活性相的载体进行了筛选 ;用两种表面原位合成法制备了活性填料 ,并考察了其在醇醚反应中的催化性能和寿命。进一步探讨了用表面铝源原位合成法制备此活性填料 ,并用 XRD法对制得的活性填料分别进行了结构表征。

LDO催化大豆油制备生物柴油的研究

为解决生物柴油酯交换过程中的产物与催化剂分离问题,制备了镁铝复合氧化物(LDO),以镁铝复合氧化物为催化剂催化大豆油和甲醇酯交换反应制备生物柴油,通过正交试验考察反应温度、醇油物质的量比、催化剂用量、反应时间等因素对制备过程的影响,优化制备工艺。研究表明:镁铝复合氧化物可以用于以大豆油甲醇为原料酯交换反应制备生物柴油工艺,其为催化剂催化大豆油和甲醇酯交换反应制备生物柴油最佳制备工艺条件是:反应温度65℃,反应时间3 h,反应醇油比9∶1,催化剂用量4%,在此条件下获得生物柴油的产率为96.25%。

Mg/Al双金属氧化物对As(V)吸附性能的研究

研究了以镁铝水滑石为原料制备的Mg/Al双金属氧化物对溶液中As(V)的吸附作用及其影响因素.结果表明:Mg/Al双金属氧化物对As(V)具有较强的吸附能力,吸附规律符合Langmuir等温吸附方程,根据计算所得的理论最大吸附量为51.02mg·g-1,与实验得出的最大吸附量50.53mg·g-1基本一致;运用3种动力学方程对实验数据进行拟合,发现其吸附过程用准二级动力学方程表示时相关性最好;溶液的pH值显著影响吸附剂对As(V)的吸附,在pH=2时As(V)去除率最大;X射线衍射与扫描电镜结果显示,水滑石经过焙烧后丧失了原有的结构形成Mg/Al双金属氧化物,并在吸附砷酸根离子后重新恢复水滑石的部分层状结构,吸附机制主要为从溶液中获取阴离子以重建水滑石的晶体结构以及镁铝氧化物的共沉淀作用.

Pb-Mg-Al合金腐蚀机理的电子理论研究

为了了解Pb-Mg-Al合金腐蚀的物理本质,本文采用基于第一性原理的赝势平面波方法系统地计算了Pb-Mg-Al合金中各物相的结合能、费米能级和局域态密度等电子结构参数,分析了合金的电化学腐蚀机理.计算结果表明:Pb-Mg-Al合金中各主要组成物相稳定性大小关系为Mg_(17)Al_(12)>Mg_2Pb>Mg;Mg,Mg_2Pb和Mg_(17)Al_(12)的费米能级存在E_f(Mg)>E_f(Mg_2Pb)>E_f(Mg_(17)Al_(12))的关系,说明Mg最容易失去电子,Mg_2Pb次之,Mg_(17)Al_(12)最难;局域态密度表明,在同样的外界条件下,体系中Mg相和Mg_2Pb相对于Mg_(17)Al_(12)均处于不稳定的状态,容易失去电子,即容易发生腐蚀.Pb-Mg-Al合金体系中不同物相的费米能级差构成了电化学腐蚀的电动势,导致电子从费米能级高的Mg相和Mg_2Pb相流向费米能级低的Mg_(17)Al_(12)相,使Pb-Mg-Al合金发生腐蚀.

载磷Mg/Al/Fe-LDO的微波辅助溶剂解吸方法特性

针对载磷Mg/Al/Fe-LDO再生利用与解吸液富集回收磷的问题,通过对比直接溶剂解吸法与微波辅助溶剂解吸法在解吸条件、吸附性能与材料层状结构恢复方面的差异,考察了微波辅助溶剂解吸方法的技术特性,并分析了其解吸机制.结果显示,与直接溶剂解吸法相比,微波辅助溶剂解吸法解吸时间由4 h缩短为10～30 min,解吸效果提高15%以上;在同等解吸效果前提下,组合解吸剂(Na_2CO_3+NaOH)浓度降低2倍;解吸剂用量减少10倍.载磷Mg/Al/Fe-LDO经微波辅助溶剂解吸-焙烧再生后,吸附性能得到较好地恢复,3次吸附-解吸-焙烧后再生率接近90%,比直接溶剂解吸-焙烧再生提高40%.由于微波能够强化溶剂离子热运动、促进离子传质与扩散过程,加快离子交换速率,有利于材料层状结构的有效恢复,因此,微波辅助溶剂解吸法能够在较低解吸剂浓度与用量条件下,实现对载磷Mg/Al/Fe-LDO的高效、快速解吸,有利于污水中磷的富集回收.

人工合成铁、铝矿物和镁铝双金属氧化物对土壤砷的钝化效应

应用室内模拟培养的方法,研究了人工合成铁、铝矿物和镁铝双金属氧化物对砷超标土壤中砷的钝化效果.每种钝化剂均设置0.1%、0.5%、1.0%、2.5%和5.0%五个添加量处理.结果表明,添加水铝矿明显降低了土壤pH值,其中,添加5%水铝矿的处理降幅最大,达到1.20;而添加镁铝双金属氧化物则显著提高了土壤pH值,5%镁铝双金属氧化物的处理土壤pH值由5.04最高可提高至8.09.添加铁铝矿物均降低了土壤有效砷的含量,下降幅度为1.89%～64.15%;而添加镁铝双金属氧化物则使土壤有效砷含量增加;添加水铁矿和针铁矿处理对提高土壤中残留态砷含量的作用较为明显.总体看来,两种人工合成铁矿较镁铝双金属氧化物和水铝矿对土壤中砷有更好的钝化效果,可以作为钝化剂应用于土壤中砷的钝化.

酸性湖蓝7在LDO上吸附性能及机理的研究

探讨了Mg/Al=3的水滑石焙烧产物(MgAl-LDO)对染料酸性湖蓝7(AB7)的吸附性能及其机理.考察了不同因素对MgAl-LDO吸附AB7性能的影响,并研究了吸附过程的热力学机理.实验结果表明:MgAl-LDO对AB7具有优异的吸附性能,在288 K,pH=6.74条件下,0.33 g·L-1 MgAl-LDO对150 mg·L-1AB7溶液的吸附容量和去除率分别达到446.9 mg·g-1和99.31%.热力学研究表明:MgAl-LDO对AB7的吸附过程同时符合Langmuir和Freundlich等温吸附方程,并且是个放热、自发的过程.计算所得的吉布斯自由能绝对值在8～10 kJ·mol-1,这主要是由染料分子与水滑石层板的氢键作用产生,结合Materials Studio 5.5软件模拟AB7染料分子在MgAl-LDHs上的排列分布,推测MgAl-LDO对AB7的吸附机理是表面吸附作用.同时,经4次回收,LDO对AB7的去除率仍达到85%以上.