黃 云 馬若男 曾憲哲 相明雪 崔錫俊 章 萍＊,,2

(1南昌大學(xué)資源環(huán)境與化工學(xué)院鄱陽湖環(huán)境與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌 330031)

(2南昌大學(xué)環(huán)境檢測(cè)中心，南昌 330031)

0 引 言

以水滑石為代表的雙金屬氫氧化物(Layered double hydroxides，LDHs)，是一類陰離子型二維層狀粘土礦物，其結(jié)構(gòu)單元是由相互平行且?guī)д姾傻闹鲗影寮坝靡云胶鈱影逭姾傻年庪x子、水分子組成，化學(xué)式通式為[M2+1-xM3+x(OH)2]x+(An-)x/n·mH2O，其中：M2+和M3+分別代表層板上二價(jià)和三價(jià)金屬陽離子，An-為層間陰離子[1-4]。二維LDHs多為六方片狀[5-6]，形貌單一，比表面積小。近年來，為滿足LDHs在儲(chǔ)能、吸附、催化等方面的實(shí)際需求[7-10]，將二維LDHs轉(zhuǎn)變成多孔、比表面積更大的三維LDHs的研究已受到越來越多的關(guān)注。目前，三維LDHs的合成主要集中于結(jié)構(gòu)重建、原位生長(zhǎng)、剝離自組裝等方法[11-13]。技術(shù)上雖已取得長(zhǎng)足進(jìn)步，但仍迫切需要尋找一種操作簡(jiǎn)單、形貌可控的制備方法。

軟模板法是利用有機(jī)分子或高分子聚合物作為模板劑(如表面活性劑、生物分子等)，通過有機(jī)-無機(jī)材料之間的相互作用，在無需復(fù)雜設(shè)備條件下，自組裝形成介孔、中空材料的制備方法[14-16]。軟模板法能有效控制材料的形貌，結(jié)構(gòu)和尺寸，且合成過程簡(jiǎn)單、模板劑多樣，目前已有研究者將其引入三維LDHs制備中。如Sun等[17]利用檸檬酸鈉作為模板制備出Ni-Al LDH微球，用作N2吸附；von Hoessle等[18]將磺化三聚氰胺甲醛縮聚物作為模板，制備出花狀CaAl-LDH微球，用于鋁酸三鈣水化影響研究。這些研究大多探討合成控制因素對(duì)三維LDH結(jié)構(gòu)的影響，鮮少涉及到軟模板劑參與三維LDHs形成機(jī)理的探討。此外，作者前期研究發(fā)現(xiàn)，將表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)作為改性劑可將二維LDHs表面親水性轉(zhuǎn)變?yōu)樵魉裕岣咂鋵?duì)水體中非離子型污染物的去除效果[19]。因而采用表面活性劑作為模板形成的三維LDHs作為環(huán)境中非離子有機(jī)污染物的吸附材料的研究尚未見報(bào)道。

因此，本研究采用軟模板法，選取SDS為模板劑，以硝酸鎂、硝酸鋁和尿素為原料，在水熱合成條件下，通過SDS與反應(yīng)物離子的相互作用，合成出三維花狀MgAl-LDH(3D-MgAl LDH)。通過系統(tǒng)探究Mg/Al物質(zhì)的量之比，SDS濃度及水熱反應(yīng)時(shí)間等對(duì)3D-MgAl LDH結(jié)構(gòu)、形貌的影響，探討3D-MgAl LDH形成機(jī)理。此外，以萘作為非離子型污染物代表，通過等溫吸附實(shí)驗(yàn)，考察3D-MgAl LDH對(duì)其吸附性能，為經(jīng)軟模板法合成的三維LDHs作為去除水體中有機(jī)污染物的環(huán)境材料提供理論支持。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 3D-MgAl LDH的制備

采用水熱法制備3D-MgAl LDH。稱取1.6 mmol Mg(NO3)2·6H2O 和 0.8 mmol Al(NO3)3·9H2O 于50 mL去離子水中配成混合鹽溶液 (溶液A)；稱取0.48 g尿素溶解在溶液A中。將30 mL濃度為0.1 mol·L-1的SDS溶液與溶液A快速混合，激烈攪拌后超聲30 min。所得白色懸濁液轉(zhuǎn)移至內(nèi)襯聚四氟乙烯的不銹鋼反應(yīng)釜中，150℃下水熱反應(yīng)6 h。反應(yīng)后，產(chǎn)物離心，洗滌，干燥。

按照上述方法，改變反應(yīng)條件，制備一系列3DMgAl LDH，探究反應(yīng)條件對(duì)3D-MgAl LDH形成的影響。反應(yīng)條件如下：(1)調(diào)節(jié)nMg/nAl=2，1，1/2和1/3；(2)設(shè)定 SDS 濃度依次為 0.01，0.1 和 0.2 mol·L-1；(3)水熱反應(yīng)時(shí)間依次設(shè)定為1，3，6和12 h。

此外，采用共沉淀方法[20]，在nMg/nAl=2和SDS濃度為 0.1 mol·L-1條件下制備二維 MgAl LDH(2DMgAl LDH)，用作對(duì)比萘去除率實(shí)驗(yàn)。

1.2 產(chǎn)物表征

采用德國(guó)BRUKER公司D8 ADVANCE型X射線衍射儀 (XRD)分析樣品的物相結(jié)構(gòu)，Cu靶Kα輻射源，λ=0.154 18 nm，管電壓40 kV，管電流50 mA，掃描速度 2°·min-1；美國(guó) Thermo 公司 NICOLET 5700型紅外光譜分析儀(FT-IR)分析樣品官能團(tuán)；日本JEOL JSM 6701F場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡帶能譜儀(SEM)對(duì)樣品形貌進(jìn)行分析，工作電壓5 kV；JEM-2100型透射電子顯微鏡(TEM)表征樣品形貌，工作電壓200 kV。美國(guó)PE公司Optima 8000型電感耦合等離子體反射光譜儀(ICP-OES)分析樣品溶液組分。

1.3 3D-MgAl LDH的吸附性能測(cè)試

1.3.1 吸附動(dòng)力學(xué)研究

稱取0.015 g 3D-MgAl LDH樣品投加至15 mL萘初始濃度為30 mg·L-1的溶液中，于室溫下水浴振蕩，定時(shí)取樣，混合物經(jīng)離心分離后，上清液在λ=219 nm波長(zhǎng)下測(cè)量吸光度值，以確定萘的殘余量。

3D-MgAl LDH吸附萘的吸附量(qe)的計(jì)算方法按式(1)[21]進(jìn)行。

式中C0和Ct分別為萘的初始濃度和時(shí)間t時(shí)的濃度(mg·L-1)；V 為萘溶液的反應(yīng) 體積(L)；m 為 3DMgAl LDH 吸附劑的用量(g)；qe為吸附量(mg·g-1)。

1.3.2 吸附等溫曲線研究

稱取0.015 g 3D-MgAl LDH投加至15 mL不同濃度萘溶液(10～50 mg·L-1)中，于室溫下水浴振蕩8 h后離心分離，上清液吸光度測(cè)試及萘吸附量計(jì)算同上，并繪制吸附量對(duì)平衡濃度的等溫吸附曲線。

2 結(jié)果與討論

2.1 Mg/Al物質(zhì)的量之比對(duì)3D-MgAl LDH形成的影響

圖1為不同Mg/Al物質(zhì)的量之比條件下合成產(chǎn)物的XRD圖。從圖中可以看出，nMg/nAl=2和1時(shí)，均在 3.24°、6.68°、10.01°及 60.65°處出現(xiàn)了對(duì)應(yīng)LDHs 的(003)，(006)，(009)和(110)晶面特 征 衍射峰[22]。 在 2θ=20.45°處出現(xiàn)了代表 SDS (PDF No.39-1996)的特征峰(用#表示)。上述結(jié)果表明，nMg/nAl=2或1時(shí)，可形成晶態(tài)良好的3D-MgAl LDH。然而，隨著Al含量增大(nMg/nAl=1/2或1/3)，產(chǎn)物中出現(xiàn)了大量鋁的氫氧化物(PDF No.49-0133，用△表示)和鋁的硫氧化物(PDF No.22-0006，用◆表示)的特征峰，并且代表LDH晶面特征峰和SDS的特征峰消失，說明當(dāng)反應(yīng)體系中Al含量過多時(shí)，LDH主層板上金屬比例失衡，導(dǎo)致LDH無法形成。

圖1 不同Mg/Al物質(zhì)的量之比(nMg/nAl)的3D-MgAl LDH的XRD圖Fig.1 XRD patterns of 3D-MgAl LDH with different ratios of nMg/nAlfrom 2°～5°(a)and 5°～65°(b)

圖2 不同Mg/Al物質(zhì)的量之比(nMg/nAl)的3D-MgAl LDH的FT-IR圖譜Fig.2 FT-IR spectra of 3D-MgAl LDH with different ratios of nMg/nAl

圖2 為不同Mg/Al物質(zhì)的量之比條件下合成產(chǎn)物的FT-IR圖譜。由圖可知，當(dāng)nMg/nAl=2和1時(shí)，分別在3 530和3 510 cm-1處出現(xiàn)了強(qiáng)而寬的吸收峰，這是由層板羥基和層間水分子伸縮振動(dòng)引起的。2 962～2 856 cm-1范圍內(nèi)的振動(dòng)峰為-CH2對(duì)稱和反對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰；1 210 cm-1為S=O較強(qiáng)的特征吸收峰，表明樣品中含有SDS。445 cm-1處出現(xiàn)代表LDH主層板結(jié)構(gòu)的金屬氧鍵M-O的伸縮振動(dòng)峰(M為Mg或Al)，與文獻(xiàn)中報(bào)道一致[23]。然而，隨著Al含量增加(nMg/nAl=1/2 或 1/3)，在 3 530～3 510 cm-1處未出現(xiàn)OH伸縮振動(dòng)峰，表明產(chǎn)物中不含羥基基團(tuán)和層間水，即片層結(jié)構(gòu)消失；同時(shí)，代表SDS的特征振動(dòng)峰變?nèi)?nMg/nAl=1/2)或發(fā)生明顯偏移(nMg/nAl=1/3)，上述結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了XRD分析的結(jié)果。

圖3 不同Mg/Al物質(zhì)的量之比(nMg/nAl)的3D-MgAl LDH的SEM圖Fig.3 SEM images of 3D-MgAl LDH with different ratios of nMg/nAl

表1 樣品中Mg、Al和SDS的含量Table 1 Mg,Al and SDS content of samples

圖3為不同Mg/Al物質(zhì)的量之比條件下合成產(chǎn)物的SEM圖。由圖3a可以看出，產(chǎn)物是由無數(shù)LDH納米片交叉聚集形成的花狀微球，且花球形貌良好。此外，納米片尺寸均一，厚度約為56 nm，層片間有明顯空隙。當(dāng)nMg/nAl=1時(shí)，花球尺寸變大，層片間出現(xiàn)堆疊，厚度增加至100 nm，層片結(jié)構(gòu)不及前者明顯。而當(dāng)nMg/nAl=1/2時(shí)，產(chǎn)物表面出現(xiàn)大量微小碎片，形貌發(fā)生明顯變化。進(jìn)一步增加Al含量后(nMg/nAl=1/3)，產(chǎn)物表面微小碎片徹底消失，形成表面光滑的圓球。這是由于Mg/Al物質(zhì)的量比失衡后，無法生成LDH納米片。

為了進(jìn)一步探究Mg/Al物質(zhì)的量之比對(duì)合成產(chǎn)物的影響，將圖1所示的樣品溶解于25%(w/w)稀硝酸進(jìn)行了ICP分析，計(jì)算結(jié)果如表1所示。由表可知，nMg/nAl=2和1的樣品實(shí)際Mg/Al物質(zhì)的量比值(nMg′/nAl′)分別為 2.2 和 1.29，與實(shí)驗(yàn)初始設(shè)定 nMg/nAl相差不大，此時(shí)，SDS 的實(shí)際百分含量(nSDS′/n)分別為34.08%和40.07%。當(dāng)nMg/nAl=1/2和1/3時(shí)，nMg′/nAl′的值分別僅為0.08和0.03，SDS/Al物質(zhì)的量比值(nSAS′/nAl′)降為 0.21 和 0.11，數(shù)值遠(yuǎn)小于前 2 組樣品的比值。結(jié)合XRD分析結(jié)果，表明當(dāng)Al含量過高時(shí)，無法形成LDH納米片，并會(huì)影響SDS與LDH之間的相互作用，這一點(diǎn)將在后文SDS濃度對(duì)3DMgAl LDH形成的影響進(jìn)行詳細(xì)論述?；谏鲜鲅芯拷Y(jié)果，選取nMg/nAl=2時(shí)制備的樣品用于對(duì)SDS濃度及水熱反應(yīng)時(shí)間影響的實(shí)驗(yàn)研究。

2.2 SDS濃度對(duì)3D-MgAl LDH形成的影響

圖4為不同SDS濃度條件下合成樣品的XRD圖。從圖中可看出，所有樣品均出現(xiàn)了相對(duì)強(qiáng)度較大的(003)、(006)、(009)和(110)晶面特征衍射峰，且當(dāng)SDS 濃度為 0.2 mol·L-1時(shí),其層間距 d(003)為 2.72 nm,3D-MgAl LDH的主層板厚度為0.48 nm，以及SDS溶于水后產(chǎn)生的DS-烷基鏈長(zhǎng)度為1.85 nm[24]。通過計(jì)算晶面間距與主層板厚度之差可得層內(nèi)通道高度2.24 nm，其值介于單個(gè)和雙個(gè)有機(jī)陰離子鏈長(zhǎng)之間，因而推斷出SDS陰離子在層板間為雙分子垂直于層板形成交錯(cuò)有序的排布模式[25]，形成有機(jī)陰離子插層的LDH。

圖4 不同SDS濃度合成的3D-MgAl LDH的XRD圖Fig.4 XRD patterns of 3D-MgAl LDH at different concentrations of SDS from 2°～5°(a)and 5°～65°(b)

圖5 不同SDS濃度合成的固樣的FT-IR圖譜Fig.5 FT-IR spectra of 3D-MgAl LDH at different concentrations of SDS

圖6 不同SDS濃度下合成的3D-MgAl LDH的SEM圖Fig.6 SEM images of 3D-MgAl LDH at different concentrations of SDS

圖5 為不同SDS濃度條件下合成樣品的FT-IR圖譜。由圖可知，3組樣品的FT-IR圖譜基本一致，特征峰與圖2分析結(jié)果相一致，表明3組樣品均為有機(jī)LDH。值得注意的是，本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，SDS僅作為有機(jī)陰離子取代LDH層間無機(jī)陰離子時(shí)，F(xiàn)T-IR圖譜在3 636和3 480 cm-1處會(huì)出現(xiàn)2個(gè)單峰[26]，分別代表羥基基團(tuán)和水分子，此發(fā)現(xiàn)區(qū)別于3D-MgAl LDH在3 530，3 500 cm-1處出現(xiàn)的強(qiáng)而寬的振動(dòng)峰，該結(jié)果表明三維LDH層板上的羥基基團(tuán)和水分子存在的化學(xué)環(huán)境與二維LDH不同，說明部分SDS通過靜電作用吸附在LDH主層板外表面或者LDH層板邊緣，改變了LDH主層板上的化學(xué)環(huán)境[25]。

為了進(jìn)一步探究SDS濃度對(duì)3D-MgAl LDH形成的影響，不同SDS濃度條件下合成樣品的SEM圖如圖6所示。當(dāng)SDS濃度為0.01 mol·L-1時(shí)，產(chǎn)物主要表現(xiàn)為不規(guī)則彎曲納米片(LDH)，且納米片之間有一定的堆疊。當(dāng)SDS濃度為0.1 mol·L-1時(shí)，納米片之間存在明顯空隙，可進(jìn)行彎曲、交叉生長(zhǎng)，最終自組裝形成形貌良好的三維花球。當(dāng)SDS濃度提高至0.2 mol·L-1時(shí)，產(chǎn)物表面層片結(jié)構(gòu)不及前者明顯，LDH層片間的空隙變小，甚至消失。由此說明產(chǎn)物形貌的改變與SDS的濃度有關(guān)。結(jié)合XRD、FT-IR結(jié)果可以看出，當(dāng)SDS濃度較低時(shí)(0.01 mol·L-1)，DS-作為陰離子優(yōu)先插層形成有機(jī)MgAl LDH納米片，剩余少量SDS存留在溶液中或納米片表面。因殘留SDS濃度較低，與LDH納米片之間的作用力相對(duì)較弱，僅能夠?qū)DH納米片表面變彎曲。當(dāng)SDS濃度過高時(shí)(0.2 mol·L-1)，除作為陰離子插層外，過量的SDS游離在LDH納米片邊緣或者吸附在主層板外表面，高濃度SDS與LDH納米片之間相互作用變強(qiáng)，促進(jìn)三維花球的形成。但由于SDS本身具有凝聚性[22]，SDS濃度越高，凝聚現(xiàn)象越嚴(yán)重，從而導(dǎo)致納米片之間堆疊現(xiàn)象加重，因此圖6c顯示樣品中由單個(gè)納米片形貌組裝成的花狀結(jié)構(gòu)被圓塊狀結(jié)構(gòu)取代。

2.3 水熱反應(yīng)時(shí)間對(duì)3D-MgAl LDH形成的影響

為了探究反應(yīng)時(shí)間對(duì)3D-MgAl LDH形成的影響，圖 7(a，b)分別是產(chǎn)物在 2°～5°和 5°～65°的 XRD圖。從圖中可以看出，水熱反應(yīng)時(shí)間除1 h外，合成的產(chǎn)物均在 2θ=3.31°、6.68°、10.01°和 60.65°處出現(xiàn)了對(duì)應(yīng)于 3D-MgAl LDH 的(003)、(006)、(009)和(110)晶面的衍射峰，d值約為2.7 nm。且隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)(圖7a)，代表(003)晶面的特征峰的強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，半峰寬隨之變窄，說明合成的產(chǎn)物隨著時(shí)間的延長(zhǎng)結(jié)晶度變好，晶粒尺寸逐漸變大。

圖7 不同反應(yīng)時(shí)間合成的3D-MgAl LDH的XRD圖Fig.7 XRD patterns of 3D-MgAl LDH prepared at different reaction times from 2°～5°(a)and 5°～65°(b)

圖8 為不同反應(yīng)時(shí)間條件下合成樣品的SEM圖。由圖8a可知，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為1 h時(shí)，樣品表面較為光滑，呈不規(guī)則的塊狀結(jié)構(gòu)；當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為3 h時(shí)，樣品表面開始出現(xiàn)層片，初見花球雛形(圖8b)；當(dāng)水熱反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)至6 h時(shí)(圖8c)，其花球狀較前者更為規(guī)整，納米片清晰可見，交叉生長(zhǎng)，最終形成完整的三維花球?；ㄇ蛑睆郊s在1.5～2 μm，納米片厚度約為69 nm。反應(yīng)時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)至12 h時(shí)(圖8d)，納米片進(jìn)一步交叉生長(zhǎng)，厚度增至169 nm，單個(gè)花球消失。這是由于反應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)，納米片繼續(xù)生長(zhǎng)，導(dǎo)致其厚度增加，納米片之間的空隙減小，相互連接，致使單個(gè)花球消失。因此，三維花狀LDH的形成受反應(yīng)時(shí)間的影響，最佳水熱反應(yīng)時(shí)間為6 h。

圖8 不同反應(yīng)時(shí)間合成的3D-MgAl LDH的SEM圖Fig.8 SEM images of 3D-MgAl LDH at different reaction times

基于上述分析，本研究提出了三維花狀MgAl LDH的可能生長(zhǎng)機(jī)理(圖9a)。在水熱反應(yīng)過程中，SDS的作用主要有2個(gè)方面：一方面DS-作為有機(jī)陰離子插層，合成有機(jī)LDH納米片，同時(shí)，在此過程中受到Mg/Al物質(zhì)的量比的影響，即合適的Mg/Al物質(zhì)的量比組成的LDH主層板提供正電荷與DS-通過靜電作用結(jié)合形成有機(jī)LDH。另一方面，SDS作為一種常見的陰離子表面活性劑，以合適的濃度溶于水后自身會(huì)形成類球狀膠束，即疏水基聚集在一起形成內(nèi)核[27]，親水基與溶液中水接觸形成外核，故而SDS的親水基可與LDH主層板上的羥基基團(tuán)或者LDH納米片邊緣水相接觸，誘導(dǎo)納米片之間交叉生長(zhǎng)，最終形成三維花狀LDH。最佳合成樣品的 TEM 圖(nMg/nAl=2，SDS 濃度為 0.1 mol·L-1，水熱反應(yīng)時(shí)間6 h)表明3D-MgAl LDH層片結(jié)構(gòu)明顯，三維花球完整，結(jié)晶度高，尺寸均一(圖9b)。

圖9 3D-MgAl LDH形成機(jī)理示意圖(a)及最佳合成條件下樣品TEM圖(b)Fig.9 Schematic illustration of the formation mechanism(a);TEM image of 3D-MgAl LDH(b)

2.4 3D-MgAl LDH對(duì)萘去除性能研究

圖10 a為2D和3D-MgAl LDH對(duì)萘的去除率效果圖。由圖可知，3D-MgAl LDH對(duì)初始濃度為31 mg·L-1的萘溶液去除率為100%，而2D-MgAl LDH對(duì)其去除率僅為50%左右，說明三維結(jié)構(gòu)提高了LDHs對(duì)萘的去除效果。故本工作深入研究了3DMgAl LDH對(duì)萘的吸附行為。圖10b為25℃時(shí)，溶液實(shí)際初始濃度為31 mg·L-1條件下3D-MgAl LDH對(duì)萘的吸附動(dòng)力學(xué)曲線。由圖10b可知吸附量隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而迅速增加，反應(yīng)在30 min左右達(dá)到平衡。3D-MgAl LDH對(duì)萘的平衡吸附量約為30.98 mg·g-1。用常見的一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程(式(2))、二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程(式(3))[28]：

式中：qt為 t時(shí)的吸附量(mg·g-1)，t為反應(yīng)進(jìn)行時(shí)間(min)，qe為平衡吸附量 (mg·g-1)、b 為各動(dòng)力學(xué)方程常數(shù)，對(duì)圖10b數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合。所得結(jié)果見表2。由表2可知，3D-MgAl LDH對(duì)萘的吸附符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，R2=0.919 9(R2為相關(guān)系數(shù))，一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型擬合得到的最大吸附量為30.22 mg·g-1，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果(30.98 mg·g-1)相近。

表2 3D-MgAl LDH對(duì)萘的吸附動(dòng)力學(xué)擬合參數(shù)Table 2 Fitting parameters of kinetics curve for naphthalene adsorption by 3D-MgAl LDH

圖10 2D,3D-MgAl LDH對(duì)萘去除率柱狀圖 (a)、3D-MgAl LDH對(duì)萘的吸附動(dòng)力學(xué)曲線(b)及吸附等溫線 (c)Fig.10 Remove efficiency of 2D and 3D-MgAl LDH(a),kinetics(b)and isotherms(c)of naphthalene adsorption on 3D-MgAl LDH

圖10c為3D-MgAl LDH對(duì)萘的等溫吸附曲線。從圖中可明顯看出，3D-MgAl LDH對(duì)萘的等溫吸附曲線呈線性，吸附量隨著萘初始濃度的增加而增大，對(duì)萘的吸附率達(dá)到了90%。大量研究表明，當(dāng)吸附介質(zhì)的有機(jī)碳含量大于0.5%(w/w)時(shí)，吸附介質(zhì)上的有機(jī)碳是有機(jī)物的唯一重要的吸附相[29]，因此可將多相模型簡(jiǎn)化為單相模型進(jìn)行處理[30]。3DMgAl LDH樣品中有機(jī)碳的含量經(jīng)計(jì)算，約為59%，故3D-MgAl LDH中的有機(jī)碳含量大于0.5%，因此可采用單相模型處理。假設(shè)3D-MgAl LDH對(duì)萘的吸附是由分配作用所致，等溫吸附曲線可用線性吸附模型表示：

式中Qp為有機(jī)物在3D-MgAl LDH上的濃度(mg·g-1)，Ce為有機(jī)物在水中的平衡濃度(mg·L-1)，Kp為3DMgAl LDH對(duì)萘的分配系數(shù)，Koc為有機(jī)碳標(biāo)化過的分配系數(shù)，foc為3D-MgAl LDH的有機(jī)碳百分含量(w/w)。

對(duì)圖10c等溫吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，擬合方程為y=0.906 4x，R2=0.977 3，接近于 1，說明 3DMgAl LDH對(duì)萘的吸附符合該線性吸附模型，即3D-MgAl LDH對(duì)萘的吸附符合分配作用，3D-MgAl LDH對(duì)萘有溶解作用，且其吸附效果與萘在水中的溶解度和辛醇-水分配系數(shù)有關(guān)。常溫下，萘在水中的最大溶解度為30 mg·L-1[31]，本研究中3D-MgAl LDH對(duì)萘最大去除量約為31 mg·g-1，去除率高達(dá)到100%，表明3D-MgAl LDH可作為高效去除水環(huán)境中的非離子型污染物的環(huán)境材料。

3 結(jié) 論

(1)本研究以SDS作為軟模板劑，經(jīng)水熱處理成功合成了結(jié)晶度高，形貌均一的3D-MgAl LDH。3DMgAl LDH 呈花球狀，直徑在 1.5～2 μm，納米片厚度約69 nm。

(2)Mg/Al物質(zhì)的量比，SDS濃度和水熱反應(yīng)時(shí)間均會(huì)影響3D-MgAl LDH的形成。其中nMg/nAl=2，SDS濃度為 0.1 mol·L-1，水熱反應(yīng)時(shí)間為 6 h時(shí)，有利于合成出花狀形貌完整、片層厚度均一的3DMgAl LDH。

(3)3D-MgAl LDH對(duì)萘最大吸附量約為31 mg·g-1，去除率高達(dá)100%；3D-MgAl LDH對(duì)萘吸附的動(dòng)力學(xué)方程屬一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程，吸附等溫?cái)M合符合線性方程，表明其作用機(jī)理為分配作用。3DMgAl LDH對(duì)非離子型污染物表現(xiàn)出良好的吸附性能，其在廢水處理方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

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