Origin of Selective Nitrate Removal by Ni2+–Al3+ Layered Double Hydroxides in Aqueous Media and Its Application Potential in Seawater Purification

化学 氢氧化物 无机化学 离子交换 氯化物 硝酸盐 层状双氢氧化物 尼亚尔 水溶液 选择性 离子 催化作用 有机化学 金属间化合物 合金
作者
Ryo Sasai,Takuya Fujimura,Hiroaki Sato,Eisaku Nii,Mako Sugata,Yu-to Nakayashiki,Hirokazu Hoashi,Chikako Moriyoshi,Eiichi Oishi,Yasuhiro Fujii,Shogo Kawaguchi,Hiroshi Tanaka
出处
期刊:Bulletin of the Chemical Society of Japan [Oxford University Press]
卷期号:95 (5): 802-812 被引量:5
标识
DOI:10.1246/bcsj.20220032
摘要

Abstract To understand the origin of the nitrate anion selectivity in layered double hydroxide (LDH; [Ni1−xAlx(OH)2]Clx) materials (i.e., Cl−-NiAl(x)LDH; x = 1/3 and 1/5) comprising Ni2+, Al3+, and exchangeable chloride anions, the equilibrium and kinetic properties of the chloride-to-nitrate anion exchange reaction were investigated in aqueous media. The anion exchange isotherms of the studied systems showed that the nitrate anion selectivity was significantly higher at x = 1/5 than at x = 1/3. The fine crystal structures of the LDH materials and the hydration states of the nitrate anions in their interlayer spaces were identified by synchrotron-radiation X-ray diffraction (SXRD) and Raman spectroscopy, respectively. The nitrate anion selectivities of Cl−-NiAl(x)LDH (x = 1/3 and 1/5) were determined by the relationship between the magnitudes of the thermal vibration parameters of the chloride and nitrate anions; the anion exchange reaction primarily gave NiAl(x)LDH containing anions with smaller thermal vibration parameters. Time-resolved SXRD measurements of the anion exchange reaction revealed that the exchange pathway differed depending on the nitrate anion selectivity. The nitrate anion removal ability and selectivity of Cl−-NiAl(x)LDH (x = 1/3 and 1/5) in artificial seawater were maintained, suggesting that Cl−-NiAl(1/5)LDH could be used for nitrate removal from contaminated seawater.

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