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介孔氧化鋁的制備及其對Cr6+的吸附性能研究 內(nèi)容總結(jié)：

隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，導(dǎo)致了重金屬離子廢水的排放量日益加劇。其中，Cr6+離子對環(huán)境污染最嚴(yán)重，也是對人類健康危害最大的污染物。由于水中的鉻離子不能被生物降解，因此若將含鉻廢水直接排放，將對環(huán)境、公共健康和經(jīng)濟造成嚴(yán)重影響 [1] [2]。

內(nèi)容：

1. 引言

隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，導(dǎo)致了重金屬離子廢水的排放量日益加劇

其中，Cr6+離子對環(huán)境污染最嚴(yán)重，也是對人類健康危害最大的污染物

由于水中的鉻離子不能被生物降解，因此若將含鉻廢水直接排放，將對環(huán)境、公共健康和經(jīng)濟造成嚴(yán)重影響 [1] [2]

目前，對含Cr6+廢水的處理方法主要有化學(xué)沉淀法、微生物法、吸附法、電解法、膜分離法等

這些方法大部分都受材料跟成本的限制，并且處理效果不佳

在眾多去除Cr6+離子的方法中，吸附技術(shù)由于操作簡單、吸附速率快、能耗低、吸附效果好、吸附劑廉價易得并且可循環(huán)利用而受到廣泛關(guān)注 [3] [4] [5]

常見的Cr6+離子吸附劑主要有無機氧化物、活性炭、工農(nóng)業(yè)廢棄物類吸附劑等

其中無機氧化物具有良好的吸附性能、廉價、無毒等特點，因此常被用作去除Cr6+離子的吸附劑

在眾多的無機氧化物中，Al2O3具有比表面積大、吸附容量高、表面羥基豐富的特點，作為一種理想的吸附劑在水處理方面引起了廣泛的關(guān)注 [6] [7] [8]

本文采用蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝法制備了介孔Al2O3，通過XRD、低溫N2吸附等表征方法對介孔Al2O3的結(jié)構(gòu)、織構(gòu)進行分析，并且考察了吸附時間、吸附溫度、吸附劑用量及pH值等條件對水中Cr6+吸附性能的影響

2. 實驗2.1. 藥品與儀器無水乙醇(分析純，天津市永大化學(xué)試劑有限公司)，P123 (西格瑪奧德里奇化學(xué)股份有限公司)，磷酸、硫酸、二苯碳酰二肼、丙酮、重鉻酸鉀均為分析純，購自于沈陽試劑四廠，鹽酸(分析純，錦州古城化學(xué)試劑有限公司)

磁力加熱攪拌器(CJJ78-1，金壇市環(huán)保儀器廠)，電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(DHG-9146A，上海精宏實驗設(shè)備有限公司)，水浴振蕩器(HZS-HA，哈爾濱東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā)有限公司)，人工智能箱式電阻爐(STM-8-10A，河南三特爐業(yè)科技有限公司)，分光光度計(721G，上海儀電分析儀器有限公司)

2.2. 介孔Al2O3的制備Al2O3的制備方法參考文獻 [9]，在室溫下將適量的P123溶解于無水乙醇中，劇烈攪拌下加入一定量的鹽酸、異丙醇鋁，隨后用聚乙烯薄膜將燒杯口覆蓋并在室溫下繼續(xù)劇烈攪拌6 h

待完全溶解后將溶液轉(zhuǎn)移至培養(yǎng)皿中，于60℃條件下蒸發(fā)48 h，得到的樣品在馬弗爐中700℃煅燒4 h

2.3. 樣品表征2.3.1. X射線粉末衍射(XRD)樣品的XRD表征在布魯克公司的D8 ADVANCE X射線衍射儀上進行測定，以Cu/Kα為靶源，所用管電壓和管電流分別為為40 kV和40 mA

吸附劑在2θ為10?~90?范圍內(nèi)進行廣角衍射掃描，在2θ為0.6?~10?范圍內(nèi)進行小角衍射掃描，掃描速率為0.2 s/步

2.3.2. 低溫氮氣吸附吸附劑的比表面積、孔容和孔徑分布數(shù)據(jù)在BELSORP-max全自動分析儀上進行測定，吸附質(zhì)為N2，吸附溫度為?196℃

測量前吸附劑先在300℃真空脫氣10 h

比表面積使用BET方程計算：pV(p0?p)=1CVm+C?1CVm?pp0(1)式中：p——氣體吸附平衡壓力；p0——氣體在吸附溫度下的飽和蒸氣壓；V——氣體在固體表面上的吸附量；Vm——單層吸附量；C——BET方程常數(shù)

孔徑分布根據(jù)吸脫附曲線的吸附分支利用BJH模型計算得到

2.4. 吸附性能的測定將吸附劑和一定濃度的Cr6+溶液加入錐形瓶中，調(diào)節(jié)pH，將錐形瓶放入水浴振蕩器中振蕩一段時間后取出，靜置取上層清液

在721 G型可見分光光度計上測得溶液的吸光度，利用下式計算Cr6+的去除率：R=C0?CtC0×100%(2)式中：R——Cr6+溶液的去除率；C0——Cr6+溶液的初始濃度(mg/L)；Ct——吸附時間為t時，溶液中Cr6+溶液的濃度(mg/L)

3. 結(jié)果與討論3.1. 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制取適量Cr6+標(biāo)準(zhǔn)儲備液配制成質(zhì)量濃度分別為1 mg/L、2 mg/L、3.5 mg/L、5 mg/L、10 mg/L的Cr6+溶液

隨后加入0.25 mL 1 + 1 H2SO4溶液、0.25 mL 1 + 1 H3PO4溶液和1 mL顯色劑，搖勻，靜置5~10 min

在721 G型可見分光光度計上，以蒸餾水為參比，于540 nm波長處測定吸光度，平行測定三次取平均值

得到Cr6+的標(biāo)準(zhǔn)曲線如

圖1所示

該曲線擬合方程A = 1.8493C ? 0.01892，R2 = 0.9998，說明線性相關(guān)程度較好



Figure 1. The standard curve of Cr6+

圖1. Cr6+標(biāo)準(zhǔn)曲線3.2. Al2O3的結(jié)構(gòu)織構(gòu)特征XRD小角衍射出峰可證明材料的有序結(jié)構(gòu)

圖2(A)為Al2O3的小角XRD譜

圖，由

圖可知樣品在2θ為1.1?左右有一個強的衍射峰，在1.9?左右有一個弱的衍射峰包

這兩個衍射峰分別歸屬于[100]和[110]兩個方向具有p6mm六方對稱的介孔結(jié)構(gòu)

說明采用蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝法制備的Al2O3具有規(guī)整的介孔結(jié)構(gòu)，并且有序度較高

圖2(B)是Al2O3的廣角XRD譜

圖

從

圖中可見，所制的Al2O3在2θ為28?和63?左右檢測到兩個Al2O3的特征峰包，說明Al2O3是以無定形形態(tài)存在的，而不是結(jié)晶態(tài)Al2O3



Figure 2. Small-angle XRD (A) and wide-angle XRD (B) patterns of Al2O3

圖2. Al2O3的小角(A)及廣角(B)XRD譜

圖



Figure 3. N2 adsorption-desorption isotherms (A) and pore-size distribution curves (B) of Al2O3

圖3. Al2O3的吸脫附曲線(A)和孔徑分布

圖(B)

圖3為Al2O3的吸脫附曲線

圖(A)和孔徑分布曲線

圖(B)

根據(jù)IUPAC對吸脫附等溫線的分類，樣品的吸脫附曲線為IV型吸附等溫線

在相對壓力p/p0 = 0.5~0.85之間出現(xiàn)了HI型滯后環(huán)

由吸脫附曲線可知，所制得的Al2O3具有介孔結(jié)構(gòu)，并且孔道呈規(guī)整的圓柱形

Al2O3的孔徑分布曲線表明樣品孔徑分布緊湊、集中，平均孔徑大約為5.2 nm，再次證明樣品中的孔徑屬于介孔范疇

此外，根據(jù)物理吸附結(jié)果，通過BET公式計算得到樣品的比表面積為320 m2/g

3.3. 吸附性能測試3.3.1. 吸附劑用量對吸附性能的影響在Cr6+初始濃度為10 mg/L，振蕩速度110 r/min，吸附溫度35℃，吸附時間為60 min，pH為4的條件下，改變吸附劑Al2O3的用量，測得不同條件下Cr6+的去除率，得到

圖4



Figure 4. The effect of adsorbent dosage on Cr6+ removal rate

圖4. 吸附劑用量對Cr6+去除率的影響由

圖4可知，Cr6+去除率隨吸附劑用量增大而逐漸上升，但當(dāng)吸附劑用量達到0.24 g時，Cr6+去除率達到最大，隨后隨著吸附劑用量的增大，去除率趨于穩(wěn)定

當(dāng)吸附劑用量逐漸增加時，其表面的吸附活性位點數(shù)目也逐漸增加，因此可以吸附更多的Cr6+，從而提高了Cr6+去除率 [10]

但是當(dāng)吸附劑用量繼續(xù)增加時，由于吸附劑表面的吸附活性位點的吸附活性不同，導(dǎo)致在吸附過程中Cr6+優(yōu)先吸附在具有較高吸附活性的吸附位點上，但是實驗過程中Cr6+的量是一定的，隨著吸附劑用量的增加吸附劑表面具有較低吸附活性的吸附位點不會吸附Cr6+離子，所以吸附劑的利用率降低，且Cr6+去除率也不再升高，趨于穩(wěn)定

因此，最佳吸附劑用量為0.24 g

3.3.2. 吸附溫度對吸附性能的影響在Cr6+初始濃度為10 mg/L，振蕩速度110 r/min，吸附劑用量為0.24 g，吸附時間為60 min，pH為4的條件下，改變吸附溫度，得到不同溫度下Cr6+的去除率，如

圖5所示

由于吸附過程是吸熱的，當(dāng)溫度上升，有利于吸附過程的進行

因此，由

圖5可知，隨著溫度逐漸上升，Cr6+去除率逐漸上升，當(dāng)溫度達到50℃，Cr6+去除率達到80%

但是吸附劑用量和Cr6+的濃度是一定的，所以隨著溫度繼續(xù)升高，Cr6+去除率變化較小，趨于穩(wěn)定

由此易知，適宜的吸附溫度為50℃

3.3.3. 吸附時間對吸附性能的影響在Cr6+初始濃度為10 mg/L，振蕩速度110 r/min，吸附劑用量為0.24 g，吸附溫度50℃，pH為4的條件下，改變吸附時間，測得不同吸附時間下Cr6+的去除率如

圖6所示

由

圖可知，吸附時間增長，去除率會上升，但是吸附時間達到80 min時，由于Cr6+濃度和吸附劑用量一定，吸附量達到飽和，繼續(xù)增加吸附時間，去除率不會發(fā)生變化

因此，適宜的吸附時間為80 min



Figure 5. The effect of adsorption temperature on Cr6+ removal rate

圖5. 吸附溫度對Cr6+去除率的影響



Figure 6. The effect of adsorption time on Cr6+ removal rate

圖6. 吸附時間對Cr6+去除率的影響3.3.4. pH對吸附性能的影響在Cr6+初始濃度為10 mg/L，吸附劑用量為0.24 g，振蕩速度110 r/min，吸附溫度50℃，吸附時間為80 min條件下，測得不同pH下Cr6+的去除率如

圖7所示

由

圖7可知，Cr6+去除率隨pH增大，先快速上升，當(dāng)pH達到3時，去除率達到最大為96%；隨后，當(dāng)pH繼續(xù)增大Cr6+去除率反而逐漸減小，直至變化不明顯

pH會改變吸附劑的表面帶電性質(zhì)和被吸附離子在溶液中的存在形式，影響吸附劑吸附性能

在酸性條件下，Cr6+主要以HCrO4?和Cr2O72?離子形式存在

同時會使吸附劑表面上的羥基和氨基基團因質(zhì)子化顯正電，有利于吸附Cr6+

在堿性條件下，Cr6+主要以CrO42?離子的形式存在，由于溶液中大量的OH?的存在，使吸附劑表面上的羥基和氨基基團去質(zhì)子化，不利于Cr6+向介孔Al2O3的表面遷移，從而減少對Cr6+的吸附，使去除率降低 [11]



Figure 7. The effect of pH on Cr6+ removal rate

圖7. pH對Cr6+去除率的影響4. 結(jié)論

采用蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝法制備的Al2O3不僅具有較大的比表面積和規(guī)整的孔道結(jié)構(gòu)，而且對Cr6+具有較好的吸附能力，在Cr6+初始濃度為10 mg/L，振蕩速度110 r/min條件下，適宜的吸附條件為：吸附劑用量0.24 g，吸附時間80 min，吸附溫度50℃，pH = 3，此時Cr6+去除率達到96%

基金項目遼寧工業(yè)大學(xué)2019年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目(2019050)，2019年遼寧省自然基金指導(dǎo)計劃(2019-ZD-0688)，2020年遼寧省博士科研啟動基金計劃項目(2020-BS-240)

參考文獻

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摘要: 以異丙醇鋁為前驅(qū)體，P123為模板劑，HCl為酸性調(diào)節(jié)劑，采用蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝法制備了介孔Al2O3。考察了吸附劑用量、吸附溫度、吸附時間及pH對Al2O3吸附Cr6+的性能影響。結(jié)果表明，在Cr6+初始濃度為10 mg/L，振蕩速度110 r/min條件下，適宜的吸附條件為：吸附劑用量0.24 g，吸附時間80 min，吸附溫度50℃，pH = 3，此時Cr6+去除率達到96%。

標(biāo)簽：介孔Al2O3,吸附,Cr6+,Mesoporous

原文請看：https://www.hanspub.org/journal/PaperInformation?paperID=37424如有侵權(quán)，請聯(lián)系我們！