ZnO/锂皂石复合材料的制备和吸附性能研究

2019-06-13马健岩徐东明

山东化工 2019年10期

马健岩，许峰，徐东明

(沈阳建筑大学材料科学与工程学院，辽宁沈阳 110168)

1 引言

硅酸镁锂，即锂皂石，是一种人工合成的三八面体层状胶体材料，在水体系中具极强的成胶性能，具有优异的触变性、分散性、悬浮性和增稠性[1]。锂皂石加入水中，能很快膨胀，形成包含大量水网络结构的凝胶，具有较好的触变性、分散性、悬浮性和增稠性以及优异的吸附性和离子交换性[2-8]。本文采用锂皂石与氧化锌复合的方法来提高吸附效率，改善复合材料的吸附性能。采用扫描电镜，红外光谱等分析手段对氧化锌/锂皂石复合材料进行表征，以亚甲基蓝为模拟有机污染物，对氧化性/锂皂石复合材料的吸附性能进行研究，探讨了不同因素对吸附效果的影响，并深入研究吸附动力学等问题。

2 实验

2.1 实验原料

六水合硝酸锌，碳酸钠，锂皂石，亚甲基蓝均为分析纯化学试剂。

2.2 ZnO/锂皂石复合材料的制备

室温下，将硝酸锌溶液缓慢滴加至等浓度加有一定量锂皂石的碳酸锌溶液中，充分搅拌1h，形成均匀的白色絮状物；用蒸馏水清洗三次，干燥研磨300℃焙烧。

2.3 ZnO/硅藻土复合材料的表征

2.3.1 X射线衍射(XRD)

样品的晶相结构的表征采用德国Bruker D8 Advance型X射线衍射分析仪(Cu Kα射线，λ=0.15406nm，电压40kV，电流40mA，石墨单单色器，扫描速率4°/min)。扫描范围10°～70°。

2.3.2 扫描电镜(SEM)

实验中采用的扫描电镜为日立S4800场发射扫描电镜。

2.3.3 红外光谱(IR)

美国Perkin Elmer Spectrum One红外光谱仪，溴化钾压片。

2.4 亚甲基蓝溶液的吸附实验

取一定量的吸附剂分散到预定浓度的亚甲基蓝溶液中,搅拌一定时间,抽滤,测滤液的吸光度。精确称取 0.05 g干燥的氧化锌/锂皂石复合材料放入具塞烧杯中,分别加入 50 mL10mg/L亚甲基蓝溶液,在室温下电磁搅拌,达吸附平衡后,离心过滤并取上清液,用分光光度计在 664 nm 处测定溶液的吸光度。

3 结果与讨论

3.1 氧化锌/锂皂石复合材料的制备

氧化锌的XRD图见图1。氧化锌的XRD图与标注图谱JCPDS卡片5-0664一致，说明通过直接沉淀法制得了ZnO，属六方晶系。

图1 氧化锌的XRD图

氧化锌/锂皂石复合材料的扫描电镜图见图2。由图2(a)可以看出锂皂石表面结构为片层状但比较致密。由图2(b)可以看出氧化锌粒子团聚较为严重，这种团聚结构影响其比表面积和吸附效率。图2(c)为锂皂石负载ZnO的表面形貌。从图中可以发现氧化锌复合锂皂石后片层结构的层面更丰富，复合材料具有更大的比表面积。

氧化锌/锂皂石复合材料的红外光谱图见图3。由图3(a)看出在氧化锌的红外光谱曲线，a曲线中未出现碱式碳酸锌的特征吸收峰， 478cm-1处是氧化锌的本征晶格吸收峰。图3(b)1010 cm-1处吸收峰归属于锂皂石的硅氧四面体[SiO4]的Si-O伸缩振动，该峰为锂皂石的要特征之一，反映了锂皂石层状结构和层间区域完整程度。1028cm-1对应Li-OH 的伸缩振动；675cm-1对应Li-O 的伸缩振动；654 cm-1处的吸收峰是镁皂石的独特吸收峰，归属于Mg-O-Mg的弯曲振动；465 cm-1处的吸收峰则是归属于Si-O-Mg的变形振动。在(c)曲线中可以看出用锂皂石表面修饰后的复合材料在1457cm-1处出现一个Zn-O键的振动吸收峰，在1010 cm-1处的吸收峰是归属于锂皂石的硅氧四面体[SiO4]的Si-O伸缩振动，证明氧化锌已与锂皂石发生反应并且复合。

(a) 纯氧化锌；(b) 纯锂皂石；(c) 氧化锌/锂皂石复合材料

3.2 吸附性能研究

从图4中可以看出，氧化锌对亚甲基蓝没有吸附效果，锂皂石对亚甲基蓝具有一定吸附效果，但30 min吸附平衡时，溶液中亚甲基蓝的浓度在9mg/L ,吸附效率较低。当吸附物质为氧化锌与锂皂石的复合材料时，经过30 min的吸附，溶液的吸光度几乎均降至零左右，吸附效果好于纯氧化锌与锂皂石。这一结果表明氧化锌与锂皂石复合后，改变了两者的表面物理性质，增加对亚甲基蓝的吸附性能，原因待进一步实验探索。含30%ZnO的复合材料吸附性能最佳。