【摘 要】
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水环境危机是目前一个全球性难题,其中由于磷的过量排放而引发的水体富营养化备受瞩目。水体的富营养化不仅会导致藻类疯长,而且会使水体中含氧量急剧下降,影响鱼类、贝类等水生生物的生存。然而,磷作为日常生活中不可或缺的不可再生资源,随着新能源领域的发展,其需求量与日俱增。因此,对水体中磷酸根离子的分离及回收利用日趋重要。电控离子交换（Electrically Switched Ion Exchange,E
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水环境危机是目前一个全球性难题,其中由于磷的过量排放而引发的水体富营养化备受瞩目。水体的富营养化不仅会导致藻类疯长,而且会使水体中含氧量急剧下降,影响鱼类、贝类等水生生物的生存。然而,磷作为日常生活中不可或缺的不可再生资源,随着新能源领域的发展,其需求量与日俱增。因此,对水体中磷酸根离子的分离及回收利用日趋重要。电控离子交换（Electrically Switched Ion Exchange,ESIX）是电化学与离子交换相结合的新型离子选择性分离技术,通过调节电活性离子交换功能膜的氧化/还原状态来控制目标离子的置入与释放,实现溶液中离子的高效分离。本研究将rGO与LDHs相结合,有效的提高杂化膜对PO43-的选择性电吸附作用。结合电控离子选择性吸/脱附过程,通过在层板间引入Ni、Fe等元素,一方面增加了LDHs的活性位点,大大降低反应的活化能,有效调节LDHs层板间的电荷密度,从而提高了杂化膜的电化学性能,另一方面通过施加电化学氧化还原电位,完成二价镍铁与三价镍铁之间的相互转化,实现对PO43-的可逆性置入与释放。本研究分别考察了通过油浴、水热和电沉积的方式制备而成的不同类型NiFe-LDH材料性能。实验结果显示,通过油浴法制备的NiFe-LDH材料显示出更为优异的分散性和亲水性,而且在ESIX体系下,当电压为0.8 V时,对磷酸根离子的吸附量可达约86.27 mg·g-1。另外,通过油浴法制备的NiFe-LDH材料亦具有良好的吸脱附稳定性。为弥补材料的加电活性,采用油浴的方式,通过掺杂rGO制备得到NiFe-LDH/rGO杂化膜,并考察对复杂水体条件下磷酸根离子的选择性分离与回收性能。通过SEM、XRD、FT-IR和XPS等测试了材料的微观形貌、晶型结构、官能团种类以及能态分布。实验结果发现,在ESIX体系下,通过调节膜电极电位,材料中的镍、铁离子能够很好的实现离子的价态转变,对于磷酸根离子的分离与回收起到了良好的辅助作用。在0.8 V的电压下,膜材料对磷的吸附容量高达约270 mg·g-1。同时,在-0.8 V反向电位的调节下,又体现出良好的脱附性能。此外,该杂化膜材料在复杂水体中多种离子共存条件下,对磷酸根离子体现出优异的选择性,而且在经历10个循环周期后,能够保持良好的吸附容量。通过p H的测量显示,在中、碱性溶液中该杂化膜材料也体现出较为理想的吸附容量,这对以后该杂化膜在工业化的应用方面提供了一定的借鉴意义。
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