氧化物水合過程中對(duì)鋅離子的吸附與晶格插入過程的研究.pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在鋅礦采選、冶煉加工、機(jī)械制造、火力發(fā)電、儀器儀表、合金、電鍍、造紙等工業(yè)生產(chǎn)過程中，排放的大量含鋅廢水往往得不到妥善的處理，造成的鋅污染已受到人們的廣泛關(guān)注。對(duì)于鋅離子廢水的處理，傳統(tǒng)的化學(xué)沉淀、離子交換等方法均存在處理效率低、成本高、產(chǎn)生二次污染等問題，而吸附法是目前去除水中重金屬離子最有效的方法之一，在操作上具有較好的靈活性，去除效率高，而且，通常吸附劑具有可再生性，因此可以重復(fù)使用，節(jié)約成本。層狀雙金屬氫

2、氧化物(Hydrotalcite，簡(jiǎn)稱LDH)，又稱水滑石，在自然界中廣泛存在，以LDH為前體，經(jīng)過高溫焙燒得到的復(fù)合氧化物(LDO)具有很高的比表面積和良好的孔隙結(jié)構(gòu)，其表面呈堿性并能在水溶液中通過特有的“記憶效應(yīng)”恢復(fù)為層狀的LDH結(jié)構(gòu)，在此過程中能吸附大量的重金屬離子，可以作為一種良好的重金屬吸附劑。
　　本文采用液相共沉淀法制備鎂鋁類水滑石(LDH)，在一定溫度下焙燒得到鎂鋁復(fù)合氧化物(LDO)。通過X射線衍射圖譜、紅外圖

3、譜、BET表面積、透射電鏡等手段對(duì)吸附劑吸附前后的形貌、結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。用LDO吸附水中的Zn2+，并對(duì)其焙燒溫度、投加量以及吸附時(shí)間等實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了優(yōu)化。然后研究了LDO對(duì)Zn2+的吸附熱力學(xué)和吸附動(dòng)力學(xué)，對(duì)吸附機(jī)理進(jìn)行了初步探討。最后用焙燒的方法對(duì)吸附劑進(jìn)行再生，研究其可再生性能。
　　研究結(jié)果表明，在焙燒溫度為500℃時(shí)，LDO具有最佳吸附效果，當(dāng)Zn2+濃度為500mg/L時(shí)，LDO最佳投加量為0.5g/L，最佳吸附時(shí)間為4

4、20min。在反應(yīng)開始10min內(nèi)，LDO的相界面發(fā)生快速水合過程，釋放出大量的羥基離子，導(dǎo)致局部pH值偏高，結(jié)合動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此過程伴隨大量的Zn2+的吸附，即表面沉淀作用。由熱力學(xué)數(shù)據(jù)可知，25℃、35℃、45℃的吸附等溫線都較好的符合Langmuir吸附等溫模型。LDO對(duì)Zn2+的吸附過程中，單分子層吸附占主導(dǎo)，即LDO表面吸附位點(diǎn)為單層排列。吸附自由能△G為負(fù)值，并且隨著溫度的升高，△G的絕對(duì)值逐漸增大，說(shuō)明這是一個(gè)自發(fā)的

5、吸熱反應(yīng);吸附焓變△H為11.07kJ/mol,說(shuō)明LDO吸附Zn2+的過程以化學(xué)吸附為主;吸附熵變(△S)為正值，說(shuō)明該吸附過程是一個(gè)熵增的不可逆過程，解吸不易發(fā)生。由動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)可知，吸附反應(yīng)的全過程都較好的符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，且隨著溫度的升高，飽和吸附量逐漸增加，說(shuō)明該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，這與熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)論相符。吸附活化能Ea為26.88kJ/mol，說(shuō)明LDO對(duì)Zn2+吸附速率受反應(yīng)速率控制而不受擴(kuò)散速率控制。這也進(jìn)一步說(shuō)明，吸附過