層狀雙金屬氫氧化物吸附性能的研究進(jìn)展

石永霞 高建平

摘 要：面對(duì)日益嚴(yán)重的水污染，層狀雙金屬氫氧化物（LDHs）可以作為一種良好的吸附劑。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在水污染方面針對(duì)其結(jié)構(gòu)和吸附性能進(jìn)行了深度的研究。LDHs由于具有良好的陰離子交換特性以及特殊的結(jié)構(gòu)記憶效應(yīng)，在水污染處理工作中逐漸得到重視。講述了LDHs的結(jié)構(gòu)與特性以及在吸附中的應(yīng)用，對(duì)LDHs的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：層狀雙金屬氫氧化物；陽(yáng)離子表面吸附；陰離子交換性

基金項(xiàng)目：河北省教育廳青年基金項(xiàng)目（QN2020265）；河北農(nóng)業(yè)大學(xué)理工基金（ZD201705）

水污染，又稱水體污染，污水中的有害化學(xué)物質(zhì)對(duì)環(huán)境以及人體健康都有嚴(yán)重的危害。目前，越來(lái)越多的人關(guān)注生命健康，污水處理工作也逐漸引起大家的重視。關(guān)于污水處理的方法有很多，最常見(jiàn)的是物理法、化學(xué)法、生物法、物理化學(xué)法。層狀雙金屬氫氧化物（Layered Double Hydroxides，LDHs）又稱類水滑石，其陰離子吸附性能良好，在陰離子型污水吸附處理領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[1]。本研究依次介紹LDHs的結(jié)構(gòu)與特性、在吸附中的應(yīng)用以及影響因素等內(nèi)容，總結(jié)LDHs在吸附污染物方面的相關(guān)問(wèn)題及解決方法，并且與水污染現(xiàn)狀相結(jié)合，對(duì)LDHs在污染物吸附領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)行了展望。

1 LDHs的結(jié)構(gòu)與特性

1.1 結(jié)構(gòu)

1.2 特性

金屬離子在層板上均勻分布，層與層之間以頂部相互疊在一起，氫鍵作為層與層之間的作用力，層間的陰離子可以與其他各種陰離子進(jìn)行交換，正是由于這種特性，其在污水處理領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。層狀雙金屬氫氧化物有良好的吸附性，這是因?yàn)槠浔缺砻娣e較大、層間陰離子可以與各種陰離子交換并且有結(jié)構(gòu)記憶性。

2 LDHs在吸附中的應(yīng)用

作為吸附劑，LDHs可以對(duì)污水中多種污染物進(jìn)行吸附，這些污染物包括有機(jī)物、無(wú)機(jī)陰離子和重金屬離子。其中，對(duì)于有機(jī)物和陽(yáng)離子的吸附原理為表面吸附；對(duì)于陰離子的吸附原理為層間陰離子的交換性和結(jié)構(gòu)記憶性。

2.1 對(duì)有機(jī)物的吸附

有機(jī)污染物種類繁多，LDHs在其吸附方面研究廣泛，例如其對(duì)氨基酸的吸附，SILVERIO F等[4]研究發(fā)現(xiàn)，MgAlCO3-LDHs對(duì)Asp氨基酸和Glu氨基酸有著良好的吸附性，此外，降低溫度、減小pH、增大質(zhì)量濃度對(duì)于吸附反應(yīng)的進(jìn)行更有利。SAIAH F B D等[5]將NiFeCO3-LDHs及其焙燒產(chǎn)物—雙金屬氧化物（Layered Double Oxide，LDO）對(duì)染料Evans Blue的吸附效果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明，LDO吸附效果更好，原因是LDO的比表面積更大一些。研究發(fā)現(xiàn)，LDHs-SDS在酸性條件下對(duì)橙Ⅱ廢料的脫色效果顯著。當(dāng)溫度為25 ℃時(shí)，質(zhì)量濃度為0.2 g/L的LDHs-SDS對(duì)質(zhì)量濃度為100 mg/L的染料的脫色率可達(dá)到97.41%，在pH為3～11時(shí)，其吸附效果較好[6]。

2.2 對(duì)無(wú)機(jī)陰離子的吸附

2.3 對(duì)重金屬離子的吸附

重金屬污染在污染物中占有相當(dāng)大的比重，是水污染的重要組成部分，LDHs在吸附重金屬離子方面的應(yīng)用也相對(duì)成熟，例如，關(guān)于污水中銅和汞等重金屬離子的去除吸附工作，LDHs已成熟運(yùn)用。周友飛等[11]用Mg-Al-LDHs對(duì)Pb2+進(jìn)行吸附研究，發(fā)現(xiàn)其吸附效果良好，結(jié)果表明LDHs在處理水體污染時(shí)，不僅在技術(shù)上安全可靠，在經(jīng)濟(jì)上同樣可行，相比于傳統(tǒng)的陰離子交換樹(shù)脂，LDHs不僅有著更好的熱穩(wěn)定性，還有更高的交換容量，并且LDHs經(jīng)過(guò)焙燒處理后仍可重復(fù)利用；王瓊等[12]對(duì)EDTA-LDHs進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其對(duì)Pb2+的吸附強(qiáng)度遠(yuǎn)大于Mg-Al-LDHs，EDTA的插入對(duì)LDHs產(chǎn)生協(xié)同增效作用。EDTA-LDHs對(duì)Pb2+的吸附規(guī)律與Mg-Al-LDHs和Mg-Al-CLDHs是基本一致的。

3 結(jié)語(yǔ)

LDHs有著良好的吸附性能、結(jié)構(gòu)記憶性以及比較特殊的層狀結(jié)構(gòu)，在污水處理中表現(xiàn)出良好的吸附特性，其對(duì)技術(shù)方面的要求不是很高，并且成本較低，近年來(lái)受到了越來(lái)越多的關(guān)注。LDHs在吸附過(guò)程中，存在吸附材料難以重復(fù)利用、不能保證吸附的專一性、容易受到其他物質(zhì)的影響等缺陷。如何改善這些缺陷，以使LDHs得到更廣泛的應(yīng)用，是今后的主要研究方向。例如：（1）在表面改性方面對(duì)LDHs進(jìn)行研究，提高其吸附的專一度，進(jìn)而使吸附更有效率。（2）針對(duì)LDHs離子交換和結(jié)構(gòu)重建特性進(jìn)行探究，最大限度地降低共存離子對(duì)其吸附的影響。（3）在合成LDHs材料的方法上進(jìn)一步突破，減少經(jīng)濟(jì)費(fèi)用。

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Research progress in adsorption properties of layered double metal hydroxides

Shi Yongxia， Gao Jianping

（College of Science & Technology， Hebei Agricultural University， Huanghua 061100， China）

Abstract：In the face of increasingly serious water pollution， layered double metal hydroxides（LDHs）can be used as a good adsorbent. In recent years， the structure and adsorption properties of water pollution have been studied in depth at home and abroad. LDHs has been paid more and more attention to water pollution treatment because of its good anion exchange characteristics and special structure memory effect. The structure and characteristics of LDHs and its application in adsorption are described. The development direction of LDHs is prospected.

Key words：layered double metal hydroxides； cation surface adsorption； anion exchange