NiCoFe-LDHs的制备、表征及吸附性能

第33卷第1期2017年1月后勤工程学院学报JOURNAL OF LOGISTICAL ENGINEERING UNIVERSITY Vol.33No.1 Jan.2017文章编号：1672-7843（2017）01-0048-08doi：10.3969/j.issn.1672-7843.2017.01.009 NiCoFe⁃LDHs的制备、表征及吸附性能赵雅璐，欧忠文，莫金川（后勤工程学院化学与材料工程系，重庆401331）摘要层状复合金属氢氧化物（LDHs）由于具有独特的层状结构和优异的阴离子交换能力，使其在环境污染治理领域受到了越来越多的关注。

采用传统的共沉淀法制备了物质的量比不同的NiCoFe三元金属基LDHs，通过XRD、FT⁃IR、SEM、BET等一系列表征，研究了吸附时间和甲基橙初始质量浓度对吸附效果的影响。

实验发现：Ni2+、Co2+、Fe3+物质的量比为1∶3∶1时，其吸附性能优于其他NiCoFe⁃LDHs，在甲基橙初始质量浓度为10mg/L时，有效吸附率达到了93%。

吸附测试数据表明，甲基橙质量浓度较低时，等温吸附曲线符合Langmuir模型，质量浓度较高时，符合Freundlich模型，吸附过程符合伪二级动力学模型。

由此推测吸附过程可分为表面单层吸附与层间阴离子交换两个阶段，且吸附过程由化学吸附控制。

通过计算得出单层Ni1Co3Fe1⁃LDHs对甲基橙的饱和吸附量为460.83mg/g，因此NiCoFe⁃LDHs可作为去除水染料污染物的良好吸附剂。

关键词NiCoFe⁃LDHs；吸附；甲基橙中图分类号：X131.2文献标志码：APreparation,Characterization and Adsorption Performance of NiCoFe⁃LDHsZhao Ya⁃lu，Ou Zhong⁃wen，Mo Jin⁃chuan（Dept.of Chemistry&Material Engineering，LEU，Chongqing401331，China）Abstract Layered double hydroxides(LDHs)with excellent anion exchange capacity have drawn increasing interests in the removal of anionic contaminants.In this work,NiCoFe⁃LDHs with different amount of substance were prepared by the conventional co⁃precipitation method.The effect of contact time and initial mass concentration on adsorption of pollutants were investigated by XRD FT⁃IR，SEM，BET，et al.It is found that the amount of substance of Ni2+,Co2+,Fe3+was1∶3∶1,the sample performed best up⁃take capability than other samples.The adsorption rate can reach93%when methyl orange initial mass concentration was10mg/L. The results indicate that the adsorption behaviors of these pollutants follow the pseudo⁃second⁃order model,and the adsorption iso⁃therms fitted well with both Langmuir isotherm and Freundlich model at different initial mass concentration.The possible adsorption behavior includes two processes:external surface and interlayer anion exchange.The monolayer saturated adsorption capacity of Ni1Co3Fe1⁃LDHs is found to be460.83mg/g for methyl orange.These findings show that the NiCoFe⁃LDHs are regarded as promis⁃ing adsorbents for wastewater treatment.Keywords NiCoFe⁃LDHs;adsorption;methyl orange随着工业的迅速发展，过度排放的工业污水造成了严重的环境污染，尤其是印染行业的快速发展导致大量含有色离子、重金属离子的污水排放，若工业污水未经处理排放，将会造成生活用水被污染，人或动物误饮后引发中毒甚至死亡的严重后果[1]。

吸附是污水处理的常见方法，因此，高效、低成本的吸附剂成为了研究的热点。

层状复合金属氢氧化物（layer double hydroxides，LDHs），俗称类水滑石化合物，由于其独特的层状结构，大的比表面积以及优异的层间阴离子交换能力，使其在吸附性能方面表现突出，被广泛应用于污水处理领域[2-4]。

收稿日期：2016-09-03基金项目：全军后勤科研计划重点项目（BY211C016）作者简介：赵雅璐，女，硕士生，主要从事类水滑石化合物研究。

通信作者：欧忠文，男，教授，博士生导师，主要从事表面科学技术研究。

第1期赵雅璐等NiCoFe⁃LDHs 的制备、表征及吸附性能实验采用共沉淀法制备了6种金属阳离子物质的量比不同的NiCoFe⁃LDHs ，通过一系列表征考察了其形貌、化学组成、晶体结构等特性，研究其吸附过程和吸附机理。

1实验部分1.1主要试剂Ni （NO 3）2·6H 2O 、Co （NO 3）2·6H 2O 和Fe （NO 3）3·9H 2O ，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；NH 3·H 2O （质量分数25%~28%）和C 14H 14N 3O 3SNa ，重庆川东化工集团有限公司。

所有试剂均为分析纯，所有溶液均由去离子水制备。

1.2NiCoFe⁃LDHs 的制备实验采用传统的共沉淀法制备了6种金属阳离子物质的量比不同的NiCoFe⁃LDHs ，其中NC 2+、Co 2+、Fe 3+物质的量比分别为1∶1∶1，1∶2∶1，2∶1∶1，1∶3∶1，2∶2∶1和3∶1∶1，阳离子的总物质的量为1mol 。

首先在室温下将物质的量比不同的Ni （NO 3）2·6H 2O 、Co （NO 3）2·6H 2O 和Fe （NO 3）3·9H 2O 溶解于20mL 的去离子水中；然后将这20mL 盐溶液缓慢滴加至正在磁力搅拌器上快速搅拌的100mL 的0.5mol/L 的氨水溶液中，混合后得到棕黄色悬浊液，继续在65℃水浴加热条件下机械搅拌18h ，将得到的悬浊液进行离心分离，随后用去离子水洗涤沉淀物3~5遍；最后将制得的沉淀物放置在60℃的真空干燥箱中干燥12h ，再用玛瑙研钵研磨25min ，产物即为NiCoFe⁃LDHs 。

根据金属阳离子的物质的量比不同，将得到的6种NiCoFe⁃LDHs 分别标记为Ni 1Co 1Fe 1⁃LDHs 、Ni 1Co 2Fe 1⁃LDHs 、Ni 2Co 1Fe 1⁃LDHs 、Ni 1Co 3Fe 1⁃LDHs 、Ni 2Co 2Fe 1⁃LDHs 、Ni 3Co 1Fe 1⁃LDHs 。

1.3吸附实验取一定体积的甲基橙标准液加入去离子水，配置不同质量浓度（20~200mg/L ）的甲基橙溶液各100mL ；取20mg 的NiCoFe⁃LDHs 粉末放入不同初始质量浓度的甲基橙溶液中。

吸附在遮光、室温条件下进行，并在磁力搅拌器中匀速搅拌，每隔特定时间取出大约5mL 混合液进行离心分离，取上层清液用紫外-可见分光光度计（UV-3600日本岛津）进行浓度测试，甲基橙的特征吸收峰为424nm 。

根据以下经验公式计算平衡时的吸附率和吸附量：R =c 0-c t c 0×100%，（1）q e =()c 0-c e Vm 。

（2）式中：R 为吸附达到平衡时的吸附率，%；c 0和c e 为甲基橙溶液的初始质量浓度和吸附达到平衡时的质量浓度，mg/L ；c t 为甲基橙溶液在t 时刻的质量浓度，mg/L ；q e 为吸附达到平衡时的吸附量，mg ；m 为吸附剂质量，g ；V 为甲基橙溶液体积，L 。

2结果与分析2.1NiCoFe⁃LDHs 的表征使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP ）测试制备的NiCoFe⁃LDHs 中金属阳离子的物质的量，结果如表1所示。

由表可以看出，Fe 3+在阳离子中所占的比例为0.38，0.27，0.25，0.21，0.2和0.2，与初始的预期投放剂量十分接近。

NiCoFe⁃LDHs 的XRD 谱图如图1所示。

可以看出衍射峰强度大且尖锐，衍射峰对应晶面（003）、（006）、（012）和（110），这些均是类水滑石化合物的特征衍射峰，峰面窄且尖锐说明合成的NiCoFe 基类水滑石化合物结晶性好。

从图中还可以看出Ni 1Co 1Fe 1⁃LDHs 的结晶度最差，因为杂峰较多且峰面较宽[5]。

NiCoFe⁃LDHs 的晶格常数计算结果如表1所示。

类水滑石晶体为六方晶系，根据指标化后的衍射峰和晶面间距d 值，可计算出晶胞参数a 和c （c =3d （003）和a =2d （110））[6-7]。

参数a 是层间金属阳离子间的距离，会随着二价阳离子含量的增加而增大，因为较小的Fe 3+（离子直径为0.0550nm 或0.0645nm ，49后勤工程学院学报2017年低/高、自旋）被较大的Ni 2+（离子直径为0.069nm ）和Co 2+（离子直径为0.074nm ）所取代，因此，Ni 1Co 3Fe 1⁃LDHs 的晶格常数a 是6种合成的NiCoFe⁃LDHs 中最大的。

参数c 为晶胞的厚度，可以用来反映层板上金属阳离子的平均电荷密度[8]。

Ni 1Co 3Fe 1⁃LDHs 的FT⁃IR 谱图如图2所示。

LDHs 的红外有源振动可以分为3大类：羟基的分子振动、八面体的晶格振动和层间阴离子的振动[9]。