優れた吸着性能を備えたγ-AlO（OH）/ MgAl-LDHヘテロ構造の空間限定効果ワンポット合成

はじめに

有機染料は、繊維、皮革、塗料、ゴムなどの多くの製品に広く使用されています[1,2,3]。これらの染料は水に容易に放出され[4]、水生生物への害、溶存酸素の消費、水への染色などの深刻な環境問題を引き起こします[3、5]。さらに、ほとんどの有機染料は極性が高く、不揮発性であり、生分解しにくいです。染料廃水は人間の健康に深刻な悪影響を与えることが観察されています。したがって、染料廃水の処理は緊急の課題です。現在、染料廃水の処理のほとんどは、物理吸着、光触媒、生物学的および化学的酸化、凝集、および膜分離を使用しています[4、6]。その中でも、物理吸着法は、特定の化合物を選択的に濃縮する能力があるため、廃水処理の分野で特別な位置を占めています。また、吸着法は吸着効果が高く、操作が簡単で、適用範囲が広いという特徴があり、染料廃水処理の分野で広く使用されています[7、8]。

一般的な陰イオン性粘土である層状複水酸化物（LDH）は、ブルーサイトのような層で構成されています[9]。その一般式は[ M として表すことができます ²⁺ _{1 − x} M ³⁺ _x （OH） ₂ ] [（ A ^{n −} ） _{x / n} ]・yH ₂ O、ここで M ²⁺ 、 M ³⁺ 、および A ^{n −} 二価陽イオン、三価陽イオン、および n を表します -それぞれ価の陰イオン[10]。 LDHは、陰イオン交換容量が大きく、表面積が大きいため、染料の吸着性に優れています。たとえば、Lafi etal。共沈法によりMgAl-LDHを調製。コンゴーレッドへの吸着剤の吸着容量は111.111mg g ^-1 に達しました [11]。 Zheng etal。共沈法により、883.24 mg g ^-1 の優れた吸着容量を持つZn-Mg-AlLDHを調製しました。 pH =3の条件でのメチルオレンジの場合[12]。明らかに、LDH吸着剤の場合、ほとんどの研究者は高いイオン交換容量と大きな比表面積の追求に焦点を合わせています。残念ながら、LDHのナノ結晶化には限界があります。近年、研究者は、LDH層への有機または無機インサートがLDHの吸着容量を増加させる可能性があることを発見しました。たとえば、Mandal etal。 LDH層の間にアルギン酸ナトリウムを挿入して複合吸着剤を形成しました。アルギン酸ナトリウムは、LDHの層間スペースを広げるのに役立ち、オレンジII染料の吸着剤の吸着容量を増加させます[13]。ブルーナら。水および土壌-水系における多環芳香族炭化水素の吸着剤として合成された有機/ LDH（MgAl-LDHへの有機アニオンドデシルサルフェート（DDS）インサート）[14]。したがって、LDH層間に化合物を挿入して吸着剤を設計することをお勧めします。水酸化アルミニウム（γ-AlO（OH））は、比表面積が大きく、表面に大量のヒドロキシル基があるため、廃水処理に適した吸着剤です[15、16]。したがって、γ-AlO（OH）はMgAl-LDHの潜在的な無機インターカレーション材料です。

本論文では、γ-AlO（OH）を水熱法によりMgAl-LDHに挿入することに成功した。この複合材料は、メチルオレンジ（MO）に対して優れた吸着特性を示します。 γ-AlO（OH）/ MgAl-LDH複合材料の構造特性は、X線粉末回折（XRD）、フーリエ変換赤外分光法（FTIR）、電界放出型走査電子顕微鏡（FESEM）、透過型電子顕微鏡（ TEM）、および高分解能透過型電子顕微鏡（HRTEM）。複合材料の吸着特性はMOの吸着によって評価され、γ-AlO（OH）とMgAl-LDHの相乗メカニズムに関する詳細な研究が行われました。

メソッド

γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHの調製

すべての化学試薬は分析グレードであり、さらに精製することなく使用されました。 γ-AlO（OH）/ MgAl-LDH複合材料は水熱法を使用して調製しました。典型的な合成では、Mg（NO ₃ ） ₂ ・6H ₂ O（4.615 g）およびAl（NO ₃ ） ₃ ・9H ₂ O（3.376 g）を50 mLの脱イオン（DI）水（Mili-Q、18.2MΩ）に溶解して溶液1を形成しました。NaOH（2.516 g）を25 mLの脱気脱イオン水に溶解し、溶液2を生成しました。 。溶液1と2を25mLの脱イオン水を入れた反応容器に滴下し、pH値10、温度60℃で激しく攪拌した。次に、得られたスラリーをさらに１４０℃の熱水条件下で１０時間処理し、室温まで冷却した。 γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHを脱イオン水で数回洗浄し、真空凍結乾燥機で凍結乾燥しました。比較のために、純粋なMgAl-LDHとγ-AlO（OH）を同じ水熱処理（140°C、10時間）で調製しました。

特性評価

相構造は、2 θでの粉末X線回折（XRD; X’Pert PRO PANalytical）によって特徴づけられました。 0.15406 nmの波長でのCuKα放射による5〜80°の範囲。サンプルの表面形態は、5 kVでFESEM（S4800）によって画像化されました。サンプルの微細構造は、200 kVでHRTEM（JEM-2100F）によって分析されました。 IRスペクトルは、4000〜400 cm ^-1 の範囲で記録されました。 FTIR分光計（NEXUS 470、Nicolet Instruments）を使用し、光学分解能は4 cm ^-1 絞りのサイズは100インチです。表面および多孔性の定量化のための窒素吸脱着実験は、NOVA-1200e装置を使用して-196°Cで実行されました。分析の前に、サンプルを真空下で80°Cで12時間前処理しました。 X線光電子分光法（XPS; ESCALAB 250Xi）の測定は、AlKα線を使用して実行されました。サーベイスペクトルスキャンのエネルギーは、1eVのステップサイズで100eVでした。高分解能スキャンのエネルギーは、0.1eVのステップサイズで20eVでした。テストの真空度は10 ^-10 です。 mbar。積分球を備えたUV-3600分光光度計を使用して、さまざまなサンプルのUV-Vis吸収スペクトルを取得しました。材料のフォトルミネッセンススペクトルは、蛍光分光光度計（VARIAN）によって取得されました。

吸着実験

サンプルの吸着性能は、水溶液中のメチルオレンジ（MO）の吸着についてテストされました。 50mgのサンプルを50mLの1000mg L ^-1 に入れました。 磁気攪拌下のMO溶液。溶液のpH値は、0.1 M HNO ₃ を使用して調整しました。 酸または1MNaOH溶液。適切な時間の後、水サンプル（3 mL）を懸濁液から採取しました。遠心分離により上澄みを取得し、UV-Vis分光光度計（UV-3600）を使用して溶液の濃度を測定しました。吸着の平衡量（ q _e （mg g ^-1 ））および瞬間吸着量（ q _t （mg g ^-1 ））次の式で計算されました：

ここで C ₀ （mg L ^-1 ）は初期MO濃度です。 C _e （mg L ^-1 ）および C _t （mg L ^-1 ）は、平衡時および時間 t でのMO濃度です。 （分）、それぞれ; V （L）は溶液の体積です。および m （g）は吸着剤の質量です。

脱着実験

ＭＯの脱着実験は、妨害剤としてＤＩ水を使用して実施された。使用したサンプルの50mgを水で穏やかに洗浄し、乱されていないMOをすべて除去しました。さらに、ロードされたMOサンプルをエタノール溶液で激しく攪拌し、遠心分離しました。遠心分離後、得られたサンプルを凍結乾燥した。次に、得られた粉末サンプルを連続的な吸着-脱着サイクルにかけました。

結果と考察

合成されたままのサンプルの特性評価

合成されたままのサンプルのXRDパターンを図1aに示します。 γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHの場合、主要な回折ピークは10.09°、19.95°、34.40°、60.56°、61.48°にあり、（003）、（006）、それぞれ、MgAl-LDH（JPCDS No. 89-0460）の（012）、（110）、および（113）面。さらに、14.1°、27.9°、38.1°、および48.9°のピークは、γ-AlO（OH）（JPCDS）の（020）、（120）、（031）、および（051）回折面に起因する可能性があります。それぞれ、No.21-1307）。この結果は、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDH複合材料がMgAl-LDH相とγ-AlO（OH）相を持っていることを示しています。さらに、比較のために、MgAl-LDHの（003）面は2 θにあります。 =11.63°。これは、γ-AlO（OH）をMgAl-LDHに挿入すると、（003）面の間隔が7.6Å（2 θ）から増加したことを示しています。 =11.63°）〜8.77Å（2 θ =10.09°）。ユニットセルのパラメータを表1に示します。MgAl-LDHとγ-AlO（OH）/ MgAl-LDHの「a」軸は変化していないことがわかります。

合成されたままのサンプルのXRDパターン（ a ）。 400〜4000 cm ^-1 での合成されたままのサンプルのFTIRスペクトル （ b ）

合成されたままのサンプルのFTIRスペクトルを図1bに示します。 MgAl-LDHのFTIRスペクトルでは、3449 cm ^-1 のバンド O–H伸縮振動に起因する可能性があります[17]。 400〜900 cm ^-1 のバンド M–O、O–M–O、およびM–O–Mによるものです（M =Mg ²⁺ およびAl ³⁺ ）伸縮振動[18]、および781 cm ^-1 のバンド これはAl–OH振動によるものです[19]。 γ-AlO（OH）の場合、3111および3325 cm ^-1 のバンド それぞれ、υas（Al）O–Hおよびυs（Al）O–H伸縮振動に属します[20]。水素結合の振動は1142および1066cm ^-1 で観察されました。 [21]。さらに、481、636、および749 cm ^-1 にピークがあります。 Al–O結合に割り当てることができます[22]。 γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHの場合、γ-AlO（OH）やMgAl-LDHとの比較により、ほとんどのバンドを簡単に割り当てることができます。 3474 cm ^-1 の強いバンド γ-AlO（OH）およびMgAl-LDHの–OH基の伸縮振動に起因する可能性があります。 826、669、および445 cm ^-1 のバンド それぞれ、MgAl-LDHの金属-酸素、金属-酸素-金属、および酸素-金属-酸素の伸縮振動に対応します[18]。 MgAl-LDHと比較して、Al–OHのバンドは781から826 cm ^-1 にシフトしています。 。さらに、1064 cm ^-1 のバンド γ-AlO（OH）の水素結合の振動に割り当てることができます。 1618、1633、および1619 cm ^-1 のバンド MgAl-LDHでは、それぞれγ-AlO（OH）、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHを水分子の曲げ振動に割り当てることができます。さらに、1360、1385、および1380 cm ^-1 のバンド MgAl-LDHでは、それぞれγ-AlO（OH）、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHがCO ₃ に関連しています。 ^2- [23]。 CO ₃ のバンド ^2- γ-AlO（OH）の場合、炭酸塩ベースの残留物の一部は、繰り返し洗浄した後でも、多孔性の高いセル状モノリス内に閉じ込められたままであることを示しています[24]。

サンプルの形態と微細構造は、電界放出型走査電子顕微鏡法（FESEM）と透過型電子顕微鏡法（TEM）によって調査されました。図2aに示すように、MgAl-LDHサンプルはナノシートで構成されていることが観察されます。ナノシートの平均厚さは140〜150nmと推定されます。図2bのFESEM画像は、γ-AlO（OH）がナノニードルで構成されていることを示しています。図2cに示すγ-AlO（OH）/ MgAl-LDHサンプルは、γ-AlO（OH）の形態ではなく、薄片状の凝集体からなる形態を持っています。図2d、eの場合、それぞれMgAl-LDHとγ-AlO（OH）のTEM画像は、MgAl-LDHのナノシートのような形態とγ-のナノニードルのような形態の強力な証拠も示しています。 AlO（OH）。興味深いことに、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHサンプルがナノシートとナノニードルで構成されていることがはっきりと観察されます（図2f）。さらに、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHのHRTEM画像（図2g）では、格子間隔0.235nmと0.152nmがγ-AlO（OH）と（110）の（031）面に対応していました。 MgAl-LDHの平面。さらに、図2hのEDXマッピングでは、複合材料中のC、O、Mg、およびAl元素の均一な分布を示し、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDH複合材料が均一に混合されていることを示しています。

MgAl-LDHのFESEM画像（ a ）、γ-AlO（OH）（ b ）、およびγ-AlO（OH）/ MgAl-LDH（ c ）。 MgAl-LDHのTEM画像（ d ）、γ-AlO（OH）（ e ）、およびγ-AlO（OH）/ MgAl-LDH（ f ）。 HRTEM画像（ g ）およびEDXマッピング（ h 、 i ）のγ-AlO（OH）/ MgAl-LDH

XRD、FTIR、FESEM、およびHRTEM分析は、ナノニードルγ-AlO（OH）がMgAl-LDHの「空間限定」効果を利用する水熱法によってMgAl-LDH層で正常に調製されたことを示しています。

初期溶液のpHの影響

溶液のpHは、吸着剤の表面電荷のために吸着プロセスで重要な役割を果たします[25]。図3は、さまざまなpH値でのMOに対するγ-AlO（OH）/ MgAl-LDHサンプルの吸着性能を示しています。初期MO濃度は1000mg L ^-1 。初期pH =3のときに最も高い吸着が発生し、pHの増加とともに吸着容量が減少することが観察されます。これは、合成されたままのサンプルが酸性溶液中のMOの吸着により効果的であることを示しています。さらに、pHが3未満になると、水酸化物シートを含む層状材料の構造が消失します[26]。したがって、この研究で使用した初期溶液のpHは3であることが示唆されています。さまざまなpH値でMOを吸着するγ-AlO（OH）/ MgAl-LDHサンプルの写真も図3（挿入図）に示されています。 pH =3では、MOを210分間吸着させた後、溶液の色が透明になり、MOが完全に吸着したことを示しています。 pHが上がると、溶液の色が暗くなりました。

γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHのMOの吸着に対する初期溶液pH値の影響（初期MO濃度：1000 mg L ^-1 、吸着剤の投与量：1 g L ^-1 、接触時間：210分）、挿入図：異なるpHで吸着した後のMO溶液の光学写真

接触時間と吸着速度の影響

サンプルによるMO吸着に対する接触時間の影響を図4に示します。すべての吸着剤について、初期吸着速度は非常に高速です。純粋なγ-AlO（OH）およびMgAl-LDHと比較して、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHは、吸着速度と容量の点で向上した吸着性能を示します。 MOの初期濃度が1000mg L ^-1 の場合 γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHおよび200mg L ^-1 の場合 γ-AlO（OH）およびMgAl-LDHの場合、最大実験平衡吸着容量は1000 mg g ^-1 γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHを使用して得られたもので、γ-AlO（OH）よりも高かった（183.3 mg g ^-1 ）およびMgAl-LDH（155.5 mg g ^-1 ）。図4（挿入図）に示すように、平衡化後、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDH溶液は完全に無色であることが観察されます。ただし、純粋なγ-AlO（OH）およびMgAl-LDH溶液の色は非常に濃いままです。

MO吸着に対する接触時間の影響、挿入図：吸着後のMO溶液の平衡光学写真

サンプルの吸着メカニズムを理解するために、疑似1次および疑似2次の速度論モデルを使用して実験データを適合させました。疑似一次および疑似二次反応速度式は、式（1）から計算されます。それぞれ（3）と（4）[27]：

ここで、 q _t （mg g ^-1 ）および q _e （mg g ^-1 ）は、時間 t で吸着されたMOの量です。 （分）と平衡状態、および k ₁ （min ^-1 ）および k ₂ （g mg ^-1 min ^-1 ）は、それぞれ疑似1次および疑似2次反応速度モデルの吸着速度定数です[28]。

表2に、2つの吸着速度モデルと相関係数を示します。相関係数から R ² 表2では、サンプルの吸着は、疑似1次モデルよりも疑似2次モデルの方がよく適合していることがわかります。さらに、理論上の計算値（ q _e、cal ）疑似2次モデルから、実験値（ q ）に近くなります。 _e、exp ）疑似一次モデルよりも。したがって、疑似二次反応速度論の仮定に基づいて、MgAl-LDH、γ-AlO（OH）、およびγ-AlO（OH）/ MgAl-LDHの吸着速度は化学的相互作用によって制御されます[29]。

吸着等温線

図5は、合成されたままのサンプルの吸着等温線を示しています。 3つのサンプルのうち、 q _e γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHの値は C で最も速い増加を示しました _e 。さらに、吸着実験データをラングミュアモデルとフロイントリッヒモデルを介して分析し、MOと平衡状態の吸着剤との関係を評価しました[30]。方程式は次のとおりです。

サンプルの平衡吸着等温線

ここで C _e （mg L ^-1 ）はMOの平衡濃度、 q _e （mg g ^-1 ）は、吸着剤の単位質量あたりに吸着されたMOの量であり、 q _m （mg g ^-1 ）は単分子層吸着容量です。 K _L （L mg ^-1 ）は、吸着速度に関連するラングミュア定数です。 K _F [（mg g ^-1 ）（L mg ^-1 ） ^{1 / n} ]および n ^-1 （無次元）は、それぞれ吸着容量と吸着強度に関連するフロイントリッヒ定数です。

サンプルのシミュレートされた吸着等温線の対応するパラメーターを表3に示します。γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHでのMOの最大吸着容量は、γ-AlO（OH）での最大吸着容量よりも大幅に高いことが観察されます。およびMgAl-LDH。さらに、Freundlichモデルと比較して、Langmuirモデルは実験データとの適合性が高く、 R が高くなっています。 ² 。 q _m γ-AlO（OH）/ MgAl-LDH（4681.40 mg g ^-1 ）ラングミュアの式から、γ-AlO（OH）の式よりもはるかに高い（1492.5 mg g ^-1 ）およびMgAl-LDH（769.2 mg g ^-1 ）。さらに、より大きな K _F Freundlichの式から、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHのMOに対する親和性が向上していることもわかります。驚いたことに、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHの吸着容量は、報告されているほとんどの吸着容量よりもはるかに高かった（表4を参照）。

MOに対するγ-AlO（OH）/ MgAl-LDHの吸着メカニズム

図6a、bは、N ₂ を示しています。 サンプルの吸脱着等温線とBJH細孔径分布。 IUPAC分類によれば、等温線は、高い相対圧力でH3ヒステリシスループを持つIV曲線として分類できます。吸着剤はメソポーラス材料の特性を持っていることが証明されています。 BJH法で算出した細孔径分布を図6bに示します。 MgAl-LDHと比較して、γ-AlO（OH）およびγ-AlO（OH）/ MgAl-LDHはより広い細孔径分布曲線を持っています。表1に示すように、MgAl-LDH、γ-AlO（OH）、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHのBET分析結果は14.1m ² でした。 g ^-1 、95.9 m ² g ^-1 、および34.1 m ² g ^-1 、 それぞれ。結果は、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHの優れた吸着性能が大きな比表面積に依存しないことを示しました。 MOの吸着前後のサンプルの光学写真を図6c（遠心分離前）に示します。吸着前の光学写真によると、サンプルの元の体積はγ-AlO（OH）/ MgAl-LDH <γ-AlO（OH） -1 ）、粉末の量が変化したことは明らかでした。サンプルの体積膨張率は次のとおりでした：γ-AlO（OH）/ MgAl-LDH>γ-AlO（OH）> MgAl-LDH。したがって、吸着剤の体積膨張率がMOの吸着性能に大きな影響を与えると推測できます。

N ₂ 吸着-脱着等温線（ a ）および細孔径分布曲線（ b ）サンプルの。吸着前後のサンプルの光学写真（ c ）

図7aは、MO吸着前後のγ-AlO（OH）/ MgAl-LDHのXRDパターンを示しています。 γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHと比較して、MO吸着後のγ-AlO（OH）/ MgAl-LDHのスペクトルに多くの新しいピークが現れました。また、MgAl-LDHの（003）面と（006）面を除いて、他の面は低角度にシフトしていませんでした。新しいピークは、MOアニオンがアニオン交換を介してγ-AlO（OH）/ MgAl-LDHの中間層に入り、（003）面が小角面にシフトすることを示しています[8]。さらに重要なことに、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHの（003）面は、MO吸着後に8.77Åから11.99Åに3.22Å増加しました。興味深いことに、図7bに示すように、MgAl-LDHの（003）面に対応する次数は、MOを吸着した後も変化しませんでした。これは、MOがMgAl-LDH層に吸着できないことを示しています。 γ-AlO（OH）がLDH層で重要な役割を果たしていることが観察され、MOへの吸着効果がスキーム1に示されています。 ）をMgAl-LDH層間で成長させて、（003）平面間隔を拡大することができます。これにより、MOは静電引力によってMgAl-LDH中間層に入ることができます。一方、MgAl-LDHは、LDH層間の膨張により、MOを保存するためのスペースが広くなります。

γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHのXRDパターン（ a ）およびMgAl-LDH（ b ）それぞれ吸着MOの前後

MOの吸着を促進するためのγ-AlO（OH）/ MgAl-LDHのメカニズム

以上のことから、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHは、γ-AlO（OH）やMgAl-LDHよりも吸着速度や吸着性能が高いことがわかります。パフォーマンス改善のメカニズムをよりよく研究するために、サンプルはゼータ電位テストにかけられました。図8aに示すように、pH =3でのサンプルの懸濁液は正に帯電した表面を示し、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHのζ電位値（43.03 mV）はMgAl-のそれよりもはるかに大きかった。 LDH（13.88 mV）およびγ-AlO（OH）（4.32mV）。この結果は、γ-AlO（OH）がMgAl-LDH層に入ると相乗効果が得られ、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHサンプルのゼータ電位が向上することを示しています。スキーム1に示すように、MO分子はC ₁₄ に形成できます。 H ₁₄ N ₃ SO ₃ ⁻ およびNa ⁺ 水中で。 C ₁₄ H ₁₄ N ₃ SO ₃ ⁻ 陰イオンは負に帯電しており、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHに吸着されやすくなっています。 LDHは陰イオン性染料に対して優れた吸着能力を示すと推測できます。

ζ-サンプルの電位（0.2 mg mL ^-1 ）pH =3の水溶液中（ a ）。吸着MO前後のMO、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHのFTIRスペクトル（ b ）

MO吸着後のγ-AlO（OH）/ MgAl-LDHのFTIRスペクトルを図8bに示します。元のγ-AlO（OH）/ MgAl-LDHと比較して、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHのFTIRスペクトルはMOを吸収した後に明らかな変化を示しました。 1608および1520cm ^-1 のバンド これは、N =Nの伸縮振動とN–Hの曲げ振動によるものです。さらに、1183および1033 cm ^-1 のバンド スルホン酸基（–SO ₃ ）の非対称および対称伸縮振動によるものでした。 ⁻ ）、 それぞれ。 1122 cm ^-1 のバンド これは、O =S =Oの対称伸縮振動によるものでした[36]。 1008 cm ^-1 のバンド C–H芳香族面内曲げ振動に関連していました[1]。明らかに、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHのO–Hピークは3474から3843 cm ^-1 にシフトしました。 MOが吸収されたとき、水素結合が吸着プロセスに関与していることを示しています。

さらに、XPSを使用して、MOを吸着する前後の吸着剤の特性を調べました。図9に示すように、S元素はMOを吸着した後、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHのスペクトルに現れました。図9bに示す167eVにあるS2pの高分解能スペクトルは、吸着剤にMOが存在することを示しています。図9c、dは、それぞれMO吸着前後のγ-AlO（OH）/ MgAl-LDHのO1sスペクトルを示しています。 530.5、531、および531.8 eVにある3つのピークを図9c、dに示し、金属酸化物（M–O）、炭酸塩（CO _{3 > ^2- ）、およびMgAl-LDH中間層の金属-ヒドロキシル（M–OH）[1]。特に、MO吸着後の吸着剤のO1の強度と組成に大きな変化があります。図9dの531.6eVに新たに出現したピークは、硫酸塩グループ（S–O）のOに割り当てることができます。さらに、表5に示すように、CO 3 ^2- イオン交換により、27.2％から18.1％に減少しました。 MOを吸着した後のM–Oの相対比率は9から26.4％に増加し、M–OHの相対比率は63.8から25.7％に減少しました。結果は、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHのヒドロキシル活性部位がメチルオレンジの吸着に重要な役割を果たしていることを示しており、MOの吸着が化学的相互作用によって制御されていることを示しています。これは、疑似2次反応速度モデルと一致しています。}

MO吸着前後のγ-AlO（OH）/ MgAl-LDHの広いXPSスペクトル（ a ）、吸着MO後のγ-AlO（OH）/ MgAl-LDHのS2pナローXPS（ b ）、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHのO1sスペクトル（ c ）、MOを吸着した後のγ-AlO（OH）/ MgAl-LDHのO1sスペクトル（ d ）

吸着剤のリサイクル

γ-AlO（OH）/ MgAl-LDH吸着剤の再生性能を吸着-脱着サイクルで調べた。図10に示すように、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHの吸着容量は762mg g ^-1 のままでした。 4サイクル後、除去効率は76％を超えたままでした。容量の減少は、MOの不完全な脱着と、染料分子の吸着および洗浄中の吸着剤の損失によるものです。これらの結果は、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHが、水からMOを除去するための効率的でリサイクル可能な吸着剤と見なすことができることを示しています。

γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHの吸着サイクル性能。初期MO濃度：1000 mg L ^-1

結論

γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHの複合体をワンポット法で合成した。吸着剤として、複合材料はMOに対して優れた吸着性能を示します。一方では、「空間限定」効果に基づいて、γ-AlO（OH）ナノニードルがMgAl-LDH層間に調製されました。 LDH層間の拡張により、MOを保存するためのスペースが増えます。一方、ヒドロキシル活性部位は、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHとMOの間に化学的相互作用をもたらし、吸着速度を促進します。したがって、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHはMOに対して優れた吸着性能を示し、初期濃度1000 mg L ^-1 で210分で完全に吸着できます。 。 4サイクル後、再生された吸着剤は76％以上の初期吸着容量を維持できます。さらに、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHの最大吸着容量は4681.40mg g ^-1 に達します。 ラングミュア吸着モデルによると。 γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHの正のゼータ電位に基づいて、複合材料は、MO、コンゴーレッド、アシッドオレンジ7などの陰イオン染料に対してより強力な吸着速度と吸着特性を備えています。これらの吸着染料は脱着して再利用できます。 、または直接焼却します。さらに、複合材料は潜在的な光触媒担体でもあります。光触媒をγ-AlO（OH）/ MgAl-LDHにロードすると、色素が触媒の周囲に急速に吸収され、光触媒反応速度が向上します。したがって、γ-AlO（OH）/ MgAl-LDHは水質汚染処理に大きな可能性を秘めています。

データと資料の可用性

現在の研究中に生成および/または分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて対応する著者から入手できます。

略語

DDS：

有機アニオンドデシル硫酸ナトリウム

DI：

脱イオン化

FESEM：

電界放出型走査電子顕微鏡

FTIR：

フーリエ変換赤外分光法

HRTEM：

高分解能透過型電子顕微鏡

LDH：

層状複水酸化物

MO：

メチルオレンジ

TEM：

透過型電子顕微鏡

XPS：

X線光電子分光法

XRD：

X線粉末回折

γ-AlO（OH）：

水酸化アルミニウム