硫代硫酸根插层ZnAl-LDH对重金属离子的吸附机理研究及其在电镀废水处理中的应用

针对电镀废水中重金属污染治理难题，江西理工大学团队通过离子交换法合成硫代硫酸根插层ZnAl-LDH（ZnAl-S2O3 LDH），系统研究其对Cu2+的吸附机制。研究发现该材料通过层间羟基吸附、Cu2+/Zn2+同晶置换及S2O32?-Cu2+络合三重作用实现251.48 mg/g超高吸附容量，且抗背景电解质干扰性强。该成果为开发高效环保型吸附剂提供了新思路，发表于《Inorganic Chemistry Communications》。

　　

随着工业化的快速发展，电镀、采矿和冶金等行业排放的重金属废水对生态环境和人类健康构成严重威胁。其中，铜离子（Cu²⁺）因其毒性和生物累积性成为水污染控制的关键靶点。传统处理方法如化学沉淀、离子交换和膜分离等存在成本高、二次污染或效率低等问题。层状双氢氧化物（LDH）因其独特的层状结构、高比表面积和可调变的层间阴离子，在重金属吸附领域展现出巨大潜力。然而，常规LDH材料在吸附容量和选择性方面仍有提升空间。

针对这一科学难题，江西理工大学的研究团队基于硫化物与重金属间的强共价键作用，通过离子交换法将硫代硫酸根（S₂O₃^2?）插层到ZnAl-LDH中，成功合成ZnAl-S₂O₃ LDH吸附剂。系统研究了吸附剂投加量、吸附时间、溶液pH和温度等因素对重金属去除性能的影响。研究证实该材料对Cu²⁺的吸附过程符合Langmuir单层吸附模型，最大吸附容量达251.48 mg/g，且背景电解质（Na⁺、Ca²⁺）和高价态离子（Cr₂O₇^2?、MnO₄^?）干扰极小。相关成果发表在《Inorganic Chemistry Communications》，为重金属废水处理提供了新型高效吸附材料。

关键技术方法包括：1）离子交换法合成ZnAl-S₂O₃ LDH；2）X射线衍射（XRD）表征材料晶体结构；3）吸附动力学和等温线模型分析；4）竞争吸附实验评估选择性。

【ZnAl-S₂O₃ LDH制备】
通过离子交换法将Na₂S₂O₃溶液与ZnAl-Cl LDH反应2天，获得d₍₀₀₃₎间距扩大至0.879 nm的硫代硫酸根插层产物，XRD显示特征峰向低角度偏移，证实成功插层。

【LDH表征】
XRD证实材料保持水滑石典型层状结构，(003)和(006)衍射峰分别出现在10.04°和20.13°，层间距扩大表明氯离子被体积更大的S₂O₃^2?取代。

【结论】
该研究阐明吸附机制涉及三重作用：层间羟基吸附、Cu²⁺/Zn²⁺同晶置换及S₂O₃^2?-Cu²⁺络合，其中硫代硫酸根与金属离子形成的配位键是主要吸附驱动力。材料在复杂水质中表现稳定，为实际废水处理提供了可靠解决方案。

【讨论】
相比MoS₄^2?插层LDH等材料，该研究创新性地利用S₂O₃^2?的配位能力实现高效吸附，且合成工艺更简便。作者团队Jinhui Li（宝钢优秀教师奖获得者）长期致力于资源高效利用技术研究，该成果是其团队在环境功能材料领域的重要突破。