改性镁铝水滑石对污水中磷酸盐的吸附性能研究*

黄心阳，徐继红，朱继超，胡丽芳

(安徽理工大学化学工程学院，安徽 淮南 232001)

污水中的磷能引起江河湖泊等水体的富营养化[1-2]。现阶段，废水除磷方法多种多样包括：生物法、化学沉淀、电解、物理吸附和膜技术等等[3-7]。其中，吸附法具有多次循环使用、吸附容量大、产生污染小、吸附速率快等优点。磷酸盐吸附应用研究离不开吸附剂，如何开发出稳定高效的吸附剂是当前吸附剂研究中的一个关键问题。

水滑石是一种层状双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxide，LDH)，是黏土矿物中为数不多的正电性高效吸附材料。由于水滑石的阴离子具有一定的流动性和离子交换性，以及独特的层状结构、阴离子交换和 “记忆效应”，被广泛用于污水处理、光电催化、耐腐蚀等领域[8-9]。研究表明，水滑石对磷酸根离子具有较高的吸附容量，可应用在磷污染的去除和磷资源的回收方面[11-12]。

本文采用一定量的乙酸钴、乙酸镍、乙酸铜、乙酸锌对镁铝水滑石进行浸渍，浸渍后的样品经 300 ℃ 和 500 ℃ 焙烧得到氧化钴、氧化镍、氧化铜、氧化锌负载的镁铝水滑石，通过XRD、FT-IR等表征探究焙烧对镁铝水滑石结构和官能团的影响，并考察不同吸附剂的磷酸盐吸附性能。

1 实验部分

1.1 改性水滑石材料的制备

本文使用的镁铝水滑石(HT)从邵阳天堂试剂公司购入，可直接使用。将 3.00 g 镁铝水滑石和一定量的乙酸钴均匀分散于 60 mL 体积比为1∶1的醇水混合溶液中。将混合体系在 95 ℃ 下用旋转蒸发仪搅拌蒸发，直至液体完全蒸发。将蒸干的样品在马弗炉中以 5 ℃/min 的升温速度升温至 300 ℃ 和 500 ℃，恒温 180 min ，得到了固体吸附剂CoO-HT-300和CoO-HT-500。按照此方法依次得到NiO-HT-300、CuO-HT-300、ZnO-HT-300和NiO-HT-500、CuO-HT-500、ZnO-HT-500。

1.2 磷酸盐吸附效果评价

1.2.1 磷酸盐的测定

溶液的磷酸根含量的测定采用《水和废水监测分析方法》(第四版)中的钼锑抗分光光度法。

1.2.2 吸附实验

配制 100 mg/L 的磷酸盐溶液，置于锥形瓶中，向其中添加 0.1 g 吸附剂，放入温度设为 25 ℃ 的恒温振荡器中连续振荡 6 h。取出离心，并用针头滤膜过滤。采用钼锑分光光度法显色后，用紫外-可见分光光度计(岛津-2700)测磷酸盐浓度，然后计算材料吸附率R。

式中：C代表吸附后溶液中磷酸盐的质量浓度，单位mg/L，C0代表初始磷酸盐的质量浓度，单位mg/L。

2 结果与讨论

2.1 吸附剂的结构

图1展示了HT、HT-300、HT-500的XRD谱图。从图1(a)看出，HT的XRD谱图中出现了(003)、(006)、(009)的水滑石标志衍射峰，代表其层状结构。图1(b)是300℃煅烧后的镁铝水滑石的XRD谱图。煅烧后，(003)特征衍射峰强度逐渐下降，形成峰宽较大的低强度衍射峰；同时，逐渐偏移到较大的角度，(006)特征衍射峰消失。说明在300℃煅烧3 h后，HT的层板结构部分被破坏。图1(c)是HT-500的XRD谱图，代表水滑石的特征峰完全消失，代表其层状结构坍塌，水滑石特有结构被破坏，变成氧化物结构。

图1 镁铝水滑石及其不同煅烧温度产物的XRD图谱

2.2 傅立叶变换红外光谱(FT-IR)

图2 镁铝水滑石及其不同煅烧温度产物的FTIR图

2.3 吸附性能评价

为了评价样品的吸附性能，将磷酸盐溶液作为目标污染物。图3中为HT-300及改性水滑石 300 ℃ 焙烧产物对磷酸盐的吸附效果。从图3看出，经过 300 ℃ 高温焙烧后，改性镁铝水滑石对磷酸盐的吸附性能都强于HT-300，但不同负载物的改性水滑石的吸附性能相差不大，这说明负载金属氧化物提升了镁铝水滑石对磷酸盐的吸附性能。这可能是由于负载的金属氧化物为水滑石载体提供了更多的活性位点导致的。

图3 300 ℃焙烧(改性)水滑石对磷酸盐的吸附效果

图4 500 ℃ 焙烧(改性)水滑石对磷酸盐的吸附效果

3 结论

通过浸渍法制备了不同金属氧化物负载的改性镁铝水滑石，并通过XRD、FT-IR对吸附剂的结构和官能团进行表征，对比了不同吸附剂对磷酸盐溶液的吸附性能。结果表明，CuO-HT-500和ZnO-HT-500的吸附性能最好，达到81%。因此负载金属氧化物和高温焙烧对镁铝水滑石的磷酸盐吸附性能有促进作用。