銅鋅鋁水滑石對(duì)水中苯丙氨酸的吸附研究

許海菊，李玉紅（咸陽(yáng)師范學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712000）

銅鋅鋁水滑石對(duì)水中苯丙氨酸的吸附研究

許海菊，李玉紅
（咸陽(yáng)師范學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712000）

本文主要研究了水滑石的制備方法以及對(duì)廢水中苯丙氨酸的吸附。采用水熱合成法，制備出3種不同比例的Cu-Zn-Al納米水滑石；采用煅燒的CuZnAl碳酸型水滑石（Calcined Cu-Zn-Al-CO3-LDH，CLDH）對(duì)水中苯丙氨酸（Phenylalanine，Phe）進(jìn)行吸附，考察了吸附量、溫度、接觸時(shí)間等因素對(duì)吸附過(guò)程的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，CLDH對(duì)Phe有很好的吸附效果其吸附量大于Mg-Al-CLDH，其中以Cu/Zn配比為5∶1的CuZnAl碳酸型水滑石吸附劑的吸附效果最好，吸附劑最佳投入量0.1g，最高吸附量達(dá)46.79mg·g-1。

水滑石；吸附；煅燒Cu-Zn-Al水滑石；苯丙氨酸

氨基酸是構(gòu)成人體基體最基本的組成單位，它與生命密切相關(guān)，是人體必不可少的營(yíng)養(yǎng)成分。已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化妝品、農(nóng)業(yè)、制革、冶金等方面[1]。隨著工業(yè)的發(fā)展，每年工廠(chǎng)排放大量的含氨基酸廢水，不但給環(huán)境造成了污染，同時(shí)也使大量的氨基酸廢水白白流失。因此，研究氨基酸廢水的處理具有重要意義[2]。目前，對(duì)于氨基酸廢水中的處理方法主要有生物法、膜分離法、資源化法、吸附法等[3]。許多合適的吸附劑如活性炭、多孔樹(shù)脂和一些經(jīng)濟(jì)的吸附劑已被廣泛使用。近年來(lái)，水滑石及其焙燒水滑石作為一種吸附劑已經(jīng)引起廣泛關(guān)注，由于其具有特殊的層狀晶體結(jié)構(gòu)[4]，并且可以通過(guò)調(diào)變LDHs層間陰離子種類(lèi)、層板金屬陽(yáng)離子種類(lèi)、層板電荷密度等調(diào)控LDHs的結(jié)構(gòu)，使它具有層間陰離子可交換性、堿性、熱穩(wěn)定性等[5]，因而在水處理方面具有多種功能，如吸附、殺菌、離子去除等，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)的水處理方法中的一些不足之處，是一類(lèi)新型水處理的功能材料[6]。本文主要研究以水熱合成法制備出不同配比的焙燒CuZnAl碳酸型水滑石；然后對(duì)廢水中的苯丙氨酸進(jìn)行吸附研究，并考察了吸附量及吸附溫度對(duì)吸附過(guò)程的影響。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1藥品試劑與儀器設(shè)備

Ca（NO3）2，Al（NO3）3，Zn（NO3）2，NaOH，Na2CO3，KH2PO4，均為分析純，西安化學(xué)試劑廠(chǎng)），苯丙氨酸（AR廣東汕頭西隴化工廠(chǎng)）；茚三酮，K2HPO4（AR中國(guó)醫(yī)藥公司北京采購(gòu)供應(yīng)站）；SC-Ⅲ型多頻聲化學(xué)反應(yīng)器（成都九洲超聲技術(shù)有限公司）；IR PRISTIGE-21X型紅外光譜儀（日本）；722型分光光度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司）。1.2Cu-Zn-Al-CLDH（CLDH）的合成（水熱合成法）

稱(chēng)取0.36mol NaOH和0.09mol無(wú)水Na2CO3加入一定去離子水中配成堿溶液A，另取0.10mol的Ca（NO3）2，Zn（NO3）2和0.06mol Al（NO3）3（分別保持Cu/Zn為5∶1（1∶1、1∶2），（Cu+Zn）/Al為2∶1）用一定去離子水配成鹽溶液B。在多頻聲化學(xué)反應(yīng)器下將B溶液以一定流速加入溶液加入溶液A中，用NaOH和Na2CO3的混合液調(diào)節(jié)pH值為10，攪拌1h后轉(zhuǎn)入80℃的水熱反應(yīng)保持6h；溶液水洗至pH值為中性。離心分離得到LDH，固體于70℃干燥18h后于500℃的馬弗爐煅燒6h得到CLDH，研磨后過(guò)100目的篩網(wǎng)，得不同配比的3種樣品。

1.3苯丙氨酸的吸附

將50.0mL不同濃度的Phe放在錐形瓶中，加入CLDH，用NaOH或HCl調(diào)節(jié)pH值，震蕩，保持一定溫度，吸取溶液3.0mL，過(guò)濾，測(cè)定其吸光度，計(jì)算吸附率和吸附量[7]。吸附率率（R）和吸附量（Q）分別用公式計(jì)算：式中C0，Cx：初始和x時(shí)刻的Phe的濃度，mg·L-1；M：干燥吸附劑（CLDH）的加入量，g；V：加入Phe的體積，mL。

1.4分析檢測(cè)

1.4.1紫外分析方法用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定物質(zhì)的最大吸收波長(zhǎng)。

1.4.2分光光度計(jì)的測(cè)定分析用722型分光光度計(jì)測(cè)定Phe溶液吸光度。

2　結(jié)果與討論

圖1　Phe的紫外吸收光譜

2.1波長(zhǎng)的選擇Fig.1UV of Phe

取1.00mL Phe標(biāo)準(zhǔn)溶液于25mL比色管，加入1.00mL顯色劑茚三酮，加入緩沖溶液至總體積為10.00mL，搖勻，蓋塞（注意防止逸出的蒸汽）。在沸水中加熱16min，取出。冷卻15min，再加2.5mL KIO3稀釋液，搖勻，蒸餾水定容至25mL，測(cè)得每種波長(zhǎng)下Phe的吸光度，以波長(zhǎng)（λ）為橫坐標(biāo)、吸光度（A）為縱坐標(biāo)作圖得圖1。實(shí)驗(yàn)最終測(cè)出：Phe最大吸收波長(zhǎng)為567nm。

2.2標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的繪制

圖2　苯丙氨酸標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)Fig.2　Standard curve of Phe

取6支25mL比色管，分別加苯丙氨酸標(biāo)液0.50、1.00、1.50、2.00、2.5mL，再向各管加1.00mL顯色劑茚三酮，加緩沖溶液至各管總體積為10.00mL，搖勻，蓋塞（防止蒸氣逸出），沸水浴中加熱16min，取出。冷卻15min，再向各管中加入KIO32.5mL稀釋液，搖勻，定容至25mL，在567nm處測(cè)的吸光度（A），做回歸方程。樣品測(cè)定時(shí)，吸取0.50mL溶液。測(cè)苯丙氨酸濃度2～10mg·L-1范圍內(nèi)吸光度（A）得圖2，結(jié)果處理后得線(xiàn)性回歸方程為：

A=-0.01583+0.03474X

式中A：吸光度；X：苯丙氨酸濃度，mg·L-1，相關(guān)系數(shù)R2=0.99806，變量X與A的相關(guān)性較好。

2.3吸附性能分析2.3.1吸附劑質(zhì)量對(duì)吸附性能的影響在60℃下，時(shí)間為2h，分別測(cè)定3種水滑石在質(zhì)量為0.05、0.08、0.10、0.12g時(shí)吸附Phe后的吸光度A，如果見(jiàn)圖3。

由圖3可知，隨著吸附劑質(zhì)量的不斷增加Phe的吸光度不斷的減小，當(dāng)吸附質(zhì)量為0.1g時(shí)，苯丙氨酸的吸光度達(dá)到最小，之后隨之增大。吸光度越小，說(shuō)明其吸附量越大，吸附效果越好。因此當(dāng)吸附質(zhì)量為0.1g時(shí)，CLDH對(duì)Phe的吸附效果最好吸附量達(dá)到46.79mg·g-1。

圖3　3種不同配比CLDH對(duì)Phe的吸附Fig.3　Effect of the ratio of CLDH on adsorption to Phe

2.3.23種產(chǎn)物在同一吸附量下對(duì)Phe的吸附用制備的3種不同配比水滑石對(duì)Phe進(jìn)行吸附，分別測(cè)定3種水滑石在質(zhì)量為0.10g時(shí)吸附Phe后的吸光度A，Phe初始濃度為100mg·L-1，Phe模擬廢水50mL，吸附時(shí)間為6h，溫度為60℃，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4　3種產(chǎn)物在同一吸附量下對(duì)Phe的吸附Fig.4　Effect of three kinds of products in the same adsorption quantity on adsorption to Phe

由圖4數(shù)據(jù)可以得出，Cu/Zn配比為5∶1的吸附效果最好，吸附量達(dá)到46.79mg·g-1。

2.3.3溫度對(duì)吸附效果的影響用制備的Cu/Zn配比為5∶1的水滑石對(duì)Phe進(jìn)行吸附，分別測(cè)定其在吸附溫度為20、40、60、80℃時(shí)吸附Phe后的吸光度A，Phe初始濃度為100mg·L-1，Phe模擬廢水50mL，吸附時(shí)間為6h，結(jié)果見(jiàn)圖5。

從圖5可知，苯丙氨酸的吸附量隨著溫度的不斷升高而逐漸增大，在溫度為60℃時(shí)吸附量達(dá)到平衡，吸附量為46.78mg·g-1。

2.3.4接觸時(shí)間對(duì)吸附效果的影響

圖6　不同時(shí)間下對(duì)Phe的吸附Fig.6　Effect of time on adsorption to Phe

用Cu/Zn配比為5∶1的水滑石對(duì)Phe進(jìn)行吸附，分別測(cè)定3種水滑石在接觸時(shí)間分別為1、2、4、6、8h時(shí)吸附Phe后的吸光度A，Phe初始濃度為100mg·L-1，Phe模擬廢水50mL，溫度為60℃。隨著時(shí)間的增加苯丙氨酸的吸附量逐漸增加，在時(shí)間為6h時(shí)吸附量達(dá)到最高，吸附量達(dá)到46.79mg·g-1。2.3.53種水滑石在不同濃度下對(duì)Phe的吸附

圖7　在不同濃度下對(duì)Phe的吸附Fig.5　Effect of concentration on adsorption to Phe

吸附時(shí)間為6h，溫度為60℃，3種水滑石質(zhì)量均為0.10g，分別對(duì)濃度為20、50、80、100mg·L-1的Phe進(jìn)行吸附。從圖可知：在60℃下，時(shí)間為2h，質(zhì)量為0.10g測(cè)得3種產(chǎn)物的吸光度A。從以上數(shù)據(jù)可以看出，吸光度隨著苯丙氨酸濃度的增大而逐漸增大，吸附量隨之減小。相比之下，3號(hào)產(chǎn)物的吸附量最高，吸附效果最好。

3　結(jié)論

（1）通過(guò)紫外分光光度計(jì)的分析可以得出，Phe的最大吸收波長(zhǎng)為567nm，并通過(guò)繪制苯丙氨酸的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)得到其線(xiàn)性回歸方程：A=-0.01583+0.03474X。

（2）吸附試驗(yàn)表明，焙燒CuZnAl碳酸型水滑石對(duì)苯丙氨酸是一種很好的吸附劑；在溫度為60℃，吸附時(shí)間為6h，吸附劑CLDH投加量0.10g，Phe的初始濃度為100mg·L-1時(shí)，CLDH對(duì)Phe的吸附量為46.79mg·g-1。

［1］單長(zhǎng)青,杜岑,蔡興旺,等.雙氯酸鈉插層鎂鋁水滑石的制備及其性能的研究［J］.現(xiàn)代藥物與臨床,2012,27（3）:218-222.

［2］潘國(guó)祥,曹峰,鄭衛(wèi)紅,等.谷氨酸插層水滑石組裝、包裹及緩釋性能研究［J］.礦物學(xué)報(bào),2012,32（3）:455-460.

［3］胡仙超,潘國(guó)祥,陳聰亞,等.腸道靶向藥物緩釋功能葉酸插層水滑石的制備與結(jié)構(gòu)表征［J］.礦物學(xué)報(bào),2014,34（1）:30-34.

Adsorption of copper zinc aluminum hydrotalcite of phenylalanine

XU Hai-ju，LI Yu-hong（Department of Chemistry，Xianyang Normal University，Xianyang 712000，China）

The preparation and the adsorption phenylalanine in wastewater of hydrotalcite is studied in this paper.Cu-Zn-Al nano hydrotalcite with good crystallization，high purity，narrow particle size distribution，less aggregation，three different ratios were prepared by hydrothermal synthesis method；Phenylalanine were adsorpted by calcined Cu-Zn-Al-CO3-LDH，the effects of adsorption amount，temperature，contact time on the adsorption process.The result show that，CLDH has good adsorption effect on the Phe adsorption amount is greater than Mg-Al-CLDH，the adsorption effect on the Cu/Zn ratio of CuZnAl carbonate type hydrotalcite adsorption agent 5∶1 is the best，the best adsorbent quantity is 0.1 grams，the maximum adsorption capacity of 46.79mg·g-1.

water talc；calcined hydrotalcite adsorption；CLDH；Phe

O631

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20160814

2016-05-03

陜西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2013JM2016）

許海菊（1964-），女，漢，陜西咸陽(yáng)人，高級(jí)教師，從事化學(xué)教學(xué)和分析化學(xué)的研究。