β-FeOOH改性凹凸棒土的制備及其對單寧酸吸附性能研究

背景介紹單寧酸（TA）作為一種水溶性有機物，廣泛分布在自然水體中，是一種常見的溶解性有機物。TA對水中生物體具有較強的毒害作用，且在飲用水消毒過程中易與消毒劑生成一系列副產(chǎn)物，嚴重威脅到人類健康。目前已報道的單寧酸治理技術(shù)中，吸附法因其處理速度快、效率高、無二次污染，已經(jīng)成為單寧酸治理領(lǐng)域最為活躍的研究之一。凹凸棒土是一種廉價、資源豐富的天然水合鎂鋁硅酸鹽粘土礦物，由于具有高比表面積、低表面電荷、穩(wěn)定的結(jié)晶態(tài)結(jié)構(gòu)等特性，被廣泛應(yīng)用于吸附去除環(huán)境中各種污染物。β-FeOOH在酸性環(huán)境下穩(wěn)定性最好，且具有獨特的吸附、離子交換和催化性能，是一種極具應(yīng)用前景的環(huán)境修復(fù)材料。本文采用酸改性法純化凹凸棒土，輔助水浴法制得β-FeOOH改性凹凸棒土（ATP/β-FeOOH）吸附劑，以單寧酸為目標污染物，研究不同影響因素對其吸附性能的影響，并探究吸附機理。

文章亮點采用水浴法成功制備β-FeOOH改性凹凸棒土（ATP/β-FeOOH）吸附劑；ATP/β-FeOOH吸附單寧酸過程符合擬二級動力學(xué)模型和Langmuir吸附等溫線，最高吸附容量可以達到38.63mg/g，并確定最佳吸附條件為溶液初始pH值3.0，吸附劑投加量為1.0g/L；較好的光穩(wěn)定性；ATP/β-FeOOH對單寧酸的吸附機理可以歸結(jié)為螯合作用和靜電作用。

內(nèi)容介紹1

實驗部分

1.1實驗方法

1.1.1

吸附劑的制備將原始凹凸棒土（InitialATP）置于300℃的馬弗爐中進行熱處理，去除凹凸棒土的表面吸附水和孔道吸附水，處理后研磨，過200目篩。稱取熱處理后的凹凸棒土按固液比1:4加入2.5mol/LHCl溶液中，充分攪拌2h以去除凹凸棒土顆粒中的雜質(zhì)（如碳酸鹽和金屬離子）。超聲0.5h，于5000r/min下離心分離，并用超純水洗滌至pH值呈中性，在55℃烘箱中烘干，研磨過篩，得到的材料為純化后凹凸棒土（ATP）。

1.1.2

吸附性能的研究分別將0.005、0.01、0.015、0.02、0.025、0.03、0.035、0.04g的ATP/β-FeOOH加入20mL（50mg/L）

TA溶液中，充分反應(yīng)90min，高速離心分離，在λ

=276nm條件下測定上清液吸光度。2

結(jié)果與討論2.1

樣品形貌分析ATP和ATP/β-FeOOH的TEM表征結(jié)果如圖1所示。由圖1a可知ATP呈棒狀或纖維堆疊狀，可以看出酸處理后的凹凸棒土形貌更加規(guī)整；圖1b和1c可以明顯的觀察到兩種材料的晶體結(jié)構(gòu)，說明β-FeOOH成功負載在ATP上。圖1

ATP（a）和ATP/β-FeOOH（b、c）的TEM圖Fig.1

TEMimagesofATP（a）andATP/β-FeOOH（b,c）

2.2

樣品比表面積和孔結(jié)構(gòu)分析ATP和ATP/β-FeOOH的氮氣吸附-脫附等溫線和孔徑分布如圖2所示。由圖2a可以看出，ATP和ATP/β-FeOOH吸附-脫附總體趨勢相似，在0～0.05的低壓段曲線上升幅度較大；0.05～0.4之間時，吸附-脫附曲線基本重合且緩慢上升；0.4后的高壓段，表明為明顯的回滯環(huán)，與典型的IV型帶H3型遲滯曲線表現(xiàn)一致，進一步證實吸附劑由疏松的片狀結(jié)構(gòu)組成了狹縫狀孔[21]。由圖2b顯示，ATP和ATP/β-FeOOH存在大量孔徑在2

～

50nm之間的介孔，而且，存在少量的孔徑＜2nm的微孔。圖2

ATP和ATP/β-FeOOH的氮氣吸附-脫附等溫吸附曲線（a）；對應(yīng)的孔徑分布圖（BJH）（b）Fig.2

Nitrogenadsorption-desorptionisotherm(a)andBJHcorrespondingporesizedistributioncurveofATPandATP/β-FeOOH(b)

2.3

吸附劑用量和TA初始濃度對吸附效果的影響吸附劑用量對TA去除率的影響如圖3a所示。隨著吸附劑投加量的增加，ATP/β-FeOOH0.3對TA的去除率從31.0%上升到54.5%。圖3

吸附劑投加量對TA去除率的影響（a）和TA初始濃度對TA去除率的影響（b）Fig.3

Effectofadsorbentdose(a)andTAinitialconcentration(b)ontheremovalrateofTA3

結(jié)論1

成功制備出ATP/β-FeOOH吸附劑，吸附結(jié)果表明：在pH3.0時，30wt%ATP/β-FeOOH吸附性能最好，去除率達到71.4%。2

ATP/β-FeOOH對TA的吸附行為符合擬二級動力學(xué)方程和Langmuir吸附等溫線模型，并且以化學(xué)吸附、物理吸附和