腐植酸及其结构特性对LDHs的结构记忆效应吸附硼酸的影响机制

As a clay mineral, the structural memory effect of layered double hydroxides (LDHs) is widely applied in pollutant adsorption. However, the process and influencing mechanism of humic acid on structural memory effect for anion removal are still unclear. Access to the relative theories is significant to the application of LDHs. This project firstly selects different model compounds and decomposes macromolecule system of humic acid into micromolecular structure. Through obtaining change of chemical state of elements and crystal structure in solid and liquid at different times by modern analytic measurements, the influence of humic acid and its functional group on the dissolution-recrystallization, morphology, structures and crystallinity of regenerate LDHs in the process of structure memory effect will be clarified. Based on this first step, taking borate as target anion and integrating the studies on the interaction between structural memory effect of humic acid with its model compound and borate, borate and LDHs, this project sequentially conducts the study about the structural memory effect of LDHs on adsorption of borate in the system of existing humic acid or its model compound. Through studying on adsorption efficiency of borate, regeneration rate of LDHs, structural composition, crystallinity of LDHs, chemical shift and coordination of aluminum and boron in each reaction, the key factors and key process that influence the adsorption of borate by the structures memory effect of LDHs will be revealed. This project can enrich the relevant theories of the structural memory effect of LDHs, develop technology for removing borate from water and promote its practical application.

层状双金属氢氧化物(LDHs)是一种典型的粘土矿物，其结构记忆效应被广泛应用于污染物吸附。但环境中普遍存在的腐植酸对该效应的影响机制尚不清晰，获得相应的理论对LDHs的现实化应用具有重要意义。项目首先选用模型化合物，将腐植酸大分子体系分解为小分子结构，利用现代分析手段获取不同时刻固液中的元素化学状态和晶体结构的变化，明确腐植酸及其结构特性对结构记忆效应反应过程中金属的溶出再结晶、形貌结构、结晶度等的影响。并以此为基础，以硼酸为目标阴离子，综合腐植酸及其模型化合物与硼酸、硼酸与LDHs结构记忆效应的相互作用的研究结果，展开腐植酸或模型化合物存在下LDHs结构记忆效应对硼酸吸附的研究。分析各反应过程中硼的吸附、LDHs再生速率、结构组成、形貌、结晶度、铝和硼的化学位移和配位等的变化规律，揭示影响材料对硼酸吸附的关键因素和过程。该项目能发展除硼技术，丰富结构记忆效应的理论，促进其实用化。

层状双金属氢氧化物(LDHs)因其结构记忆效应而具有良好的阴离子吸附效果。煅烧后的产物（CLDH）可以成为一种高效的吸附剂。腐植酸（HA）广泛分布于自然界土中，研究HA对LDHs的结构记忆效应吸附硼酸的影响及机理，有利于LDHs吸附剂的推广和应用，本项目主要进行了以下四个方面的研究：.（1）从黑土和沉积土中提取了天然腐植酸（HA-B和HA-S），并对其进行结构分析。然后在HA-B和HA-S溶液中研究Mg-CLDH、Zn-CLDH和Ca-CLDH水化和结构再生过程，且对含不同二价金属的LDHs的作用机制是不同的。.（2）项目选取七种不同结构的小分子有机物作为HA以进一步确定腐植酸中的关键基团对LDHs结构记忆效应的影响。发现邻苯二酚和邻苯二甲酸与CLDH的相互作用最强。同时，邻苯二酚还会阻碍CLDHs的结构转化。这说明邻羟基基团是HA中影响LDHs结构再生的主要因素。.（3）项目研究了HA存在下对LDHs的结构记忆效应对硼酸吸附影响。发现HA会对LDHs的结构记忆效应吸附污染物存在促进和抑制正反两方面的作用，而且二价金属不同的LDH，HA对其吸附性能的促进与抑制机制不同,分别作用于LDHs吸附的不同吸附机制。例如对于Mg-CLDH来说，HAs与硼酸的络合作用及表面促进溶解作用，可以有效的提高其吸附速率，但是吸附的HA使再生的Mg-LDH结构转化不完全，使得硼酸吸附容量下降。而对于Ca-CLDH，HA的存在会提高新生LDHs的稳定性，阻碍Ca-CLDH的溶解和再生过程中与硼酸反应生成含钙矾石，抑制了其对溶液中硼酸的固定。. （4）为确定影响硼酸吸附的关键基团，项目研究模型物存在下CLDH对于硼酸的吸附。发现在模型物存在的条件下，CLDHs对于硼酸的吸附均有明显的提高。邻苯二酚之所以能够促进硼酸的吸附，是由于其能与硼酸结合生成络合物，并被CLDHs吸附所致。而其它模型物，主要是通过提高LDHs的结构再生速率，诱导硼酸进入层间而促进对硼酸的吸附。. 项目共计发表SCI论文8篇，圆满完成了各项研究任务，达到预期的研究目标，获取了腐植酸-硼酸-LDH三元体系相互作用的相关作用机理，为发展LDHs吸附剂的环境应用和水体中硼酸的去除技术提供相关的理论依据。