廃水からの有機汚染物質の超吸着を目的とした新規ZnAl層状二重水酸化物の作製と特性評価

Fabrication and Characterization of Novel ZnAl-Layered Double Hydroxide for the Superadsorption of Organic Contaminants from Wastewater.

• Anyu Li
• Hua Deng
• Chenghui Ye
• Yanhong Jiang

抄録

イミダゾールエステル骨格（ゼオライト型イミダゾレート骨格（ZIF））をZnAl層状複水酸化物（ZnAl-LDH）材料の表面に成長させ、多孔質複合体（ZIF-ZnAl-LDH）を形成しました。両材料の吸着特性を理解するために、コンゴ赤（CR）溶液の吸着に及ぼすpH、吸着時間、吸着濃度の影響を総合的に検討した。さらに、ＺｎＡｌ-ＬＤＨおよびＺＩＦ-ＺｎＡｌ-ＬＤＨについて、フーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）、Ｘ線回折（ＸＲＤ）、ブルナウアー・エメット・テラー（ＢＥＴ）、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）による特性評価を行った。その結果、ZnAl-LDHは直径約200〜500nmのラメラ構造を有し、ZIF-ZnAl-LDHは規則的な三次元六方晶構造を有することが明らかになった。ZnAl-LDHとZIF-ZnAl-LDHによるCR吸着の速度論と熱力学は、それぞれ擬似2次(PSO)モデルとラングミュアモデルを用いて記述することができる。その結果、Langmuir式から得られた吸着容量の最高値は、それぞれ625.00及び909.09mg/gであった。これらの吸着過程で得られた標準ギブス自由エネルギー(Δ°)、エントロピー(Δ°)、エンタルピー(Δ°)の値は、ZnAl-LDH及びZIF-ZnAl-LDHによるCRの吸着が自発的な吸熱過程であることを証明している。さらに、特性評価結果の解析から、ZnAl-LDHとZIF-ZnAl-LDHのCRへの吸着機構は、主に静電作用、官能基作用、表面細孔吸着、アニオン交換によって支配されていると結論づけられた。

An imidazole ester skeleton (zeolitic imidazolate framework (ZIF)) was grown on the surface of a ZnAl-layered double hydroxide (ZnAl-LDH) material to form a porous composite (ZIF-ZnAl-LDH). To understand the adsorption characteristics of the two materials, the effects of pH, adsorption time, and adsorption concentration on the adsorption of Congo red (CR) solution were investigated comprehensively. In addition, ZnAl-LDH and ZIF-ZnAl-LDH were characterized by Fourier transform infrared (FTIR), X-ray diffraction (XRD), Brunauer-Emmett-Teller (BET), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The results clearly showed that ZnAl-LDH had a lamellar structure with a diameter of approximately 200-500 nm and ZIF-ZnAl-LDH had a regular three-dimensional hexagonal structure. The kinetics and thermodynamics of the CR adsorption by ZnAl-LDH and ZIF-ZnAl-LDH can be described using pseudo-second-order (PSO) and Langmuir models, respectively. The highest value of adsorption capacity obtained from the Langmuir equation was equal to 625.00 and 909.09 mg/g for these two compounds, respectively. The values of the standard Gibbs free energy (Δ°), entropy (Δ°), and enthalpy (Δ°) obtained for these adsorption processes prove that the adsorption of CR by ZnAl-LDH and ZIF-ZnAl-LDH is a spontaneous endothermic process. Furthermore, through the analysis of the characterization results, it is concluded that the adsorption mechanisms of ZnAl-LDH and ZIF-ZnAl-LDH on CR are mainly dominated by electrostatic action, functional group action, surface pore adsorption, and anion exchange.

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