利用層狀雙氫氧化物移除水中的砷酸鹽

Abstract

本研究利用共沉澱法合成了三種不同鎂鋁莫耳比(Mg/Al = 2, 3, 4)硝酸根型層狀雙氫氧化物(Layered double hydroxides, LDH)作為吸附劑，用來移除水溶液中的五價砷(arsenate, As(V))。從動力吸附實驗的結果可知，三種LDH對As(V)的吸附反應皆在60分鐘內可達到平衡，且其反應模式較符合Elovich速率方程式(r2 = 0.94 ~ 0.98)。從等溫吸附實驗的結果發現，使用Langmuir等溫吸附模式最能模擬LDH對As(V)的吸附行為(r2 = 0.90 ~ 0.99)，且Mg2Al-LDH對As(V)的吸附量最大(1.56 mmol g-1)，Mg3Al-LDH次之(1.08 mmol g-1)，Mg4Al-LDH最低(0.36 mmol g-1)。由於Mg2Al-LDH對As(V)的吸附量最大，因此針對它進行後續吸附實驗。從pH值效應實驗中得知，LDH對As(V)的吸附量隨著pH值的降低而增加，且pH 5時吸附量最大。從溫度效應實驗中得知，LDH對As(V)的吸附量受溫度變化影響較低，但主要趨勢是隨著溫度升高而降低。從共存陰離子的競爭吸附實驗中得知，HPO42−和SO42−對As(V)的競爭吸附能力較強，而Cl−和NO3−則沒有觀察到明顯的競爭行為發生。將吸附As(V)之後的LDH進行X射線繞射(XRD)和傅立葉轉換紅外線光譜(FTIR)分析，XRD分析結果發現，在55 %的相對濕度下Mg2Al-LDH的層間間距增加至11 &Aring;，105 ℃去除水分之後的層間間距則是減少至8.7 &Aring;，而Mg3Al和Mg4Al-LDH的層間間距變化量則不明顯< 0.3 &Aring;)；從FTIR分析結果可知，Mg2Al-LDH原本位於1383 cm-1的NO3-吸收峰強度明顯降低，而Mg3Al-LDH的NO3-吸收峰僅有些微的降低，Mg4Al-LDH則沒有觀察到明顯的變化；而從離子交換實驗發現，As(V)的吸附量和NO3−的交換量的莫爾數比接近1:1。由上述結果可以推測，MgAl-LDH對As (V)的吸附是以離子交換反應為主要貢獻，表面吸附的貢獻量較低。LDH的合成相當容易，價格相對低廉，擁有極佳的吸附能力，並具有可重複利用之特性，綜合以上各個優點，因此對砷的移除而言，LDH是一種相當具有潛力的吸附劑。