电场增强Mg-Al层状双氢氧化物界面电荷特性选择性吸附Se(IV)的机理研究

《Journal of Hazardous Materials》：Selective Adsorption and Mechanism of Se(Ⅳ) via Electric Field-Enhanced Interfacial Charge Characteristics of Mg-Al Layered Double Hydroxides

本研究通过水热法合成了SO42-插层的镁铝层状双氢氧化物（MgAl-SO42--LDHs），创新性地采用电场增强吸附技术，使Se(IV)吸附容量较静态吸附提升60.82%（1.0 V电压下），且循环5次后仍保持93.51%吸附效率。通过XRD、XPS等表征手段揭示了静电吸引-离子交换-氢键协同吸附机制，为高盐卤水中硒资源高效提取提供了新策略。

　　

材料

详细材料信息参见补充材料文本S5。

MgAl-LDHs吸附剂的制备

电极活性材料通过水热合成法制备。将7.394 g MgSO₄·7H₂O和6.660 g Al₂(SO₄)₃·18H₂O按n(Mg²⁺):n(Al³⁺) = 3:1的摩尔比溶于100 mL超纯水制得溶液A。将4.000 g NaOH溶于100 mL超纯水制得溶液B。在充分搅拌下将溶液B缓慢滴加至溶液A直至pH达到设定值。

吸附剂类型与合成条件的筛选

为筛选适合电极制备的吸附剂，通过水热法合成了一系列吸附剂（合成流程见文本S6）并评估其性能。在五种测试吸附剂中，MgAl-LDHs呈纯白色（图2a所示）。以SO₄^2-为层间离子的MgAl-LDHs对Se(IV)展现出优异吸附性能（图2c），最终被选为本研究的电极活性材料。

结论

本研究通过水热法成功合成了一种对Se(IV)具有高选择性、高吸附容量和强抗干扰能力的镁铝层状双氢氧化物吸附剂。研究发现最佳吸附pH为5，吸附容量高达53.01 mg Se/g，这归因于吸附剂丰富的活性位点。吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温线模型。