【摘要】：為了解決層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)材料光生電子空穴對(duì)易復(fù)合、易團(tuán)聚、回收利用困難等問(wèn)題,本文采用原位生長(zhǎng)法和涂覆法制備了不同組成的LDHs薄膜,并對(duì)LDHs薄膜進(jìn)行摻鐵改性。研究了制備方法、LDHs層板組成和鐵離子摻雜對(duì)LDHs薄膜的結(jié)構(gòu)、形貌和光催化性能的影響。并研究了LDHs薄膜在兩種污染物共存時(shí)的光催化降解規(guī)律,為光催化降解有機(jī)污染物提供理論依據(jù)和技術(shù)基礎(chǔ)。1.采用原位生長(zhǎng)法制備了四種組成的LDHs薄膜,探討了金屬離子種類和添加劑對(duì)LDHs薄膜生長(zhǎng)習(xí)性的作用規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,層板金屬離子對(duì)應(yīng)的氫氧化物的溶度積影響金屬離子的沉淀順序和沉積量,從而導(dǎo)致LDHs薄膜呈現(xiàn)不同的形貌。層板組成為NiAl和MgAl時(shí),形貌更接近LDHs的六邊片層形狀。加入添加劑NH_4F調(diào)控LDHs的生長(zhǎng)習(xí)性,使LDHs片的ab面沿垂直導(dǎo)電布方向生長(zhǎng),形成具有豐富孔隙的薄膜;組成為NiFe的薄膜形貌在調(diào)控前后變化很大,球形團(tuán)聚體變成片狀結(jié)構(gòu)堆積;組成為CoAl的薄膜在調(diào)控后為片卷曲形成針狀形貌。2.采用涂覆法制備了四種組成的LDHs薄膜,探究了金屬離子種類對(duì)LDHs薄膜生長(zhǎng)習(xí)性的作用規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,組成影響薄膜的結(jié)構(gòu):組成為NiAl、Ni Fe和CoAl的薄膜均為片層結(jié)構(gòu)的LDHs相,組成為MgAl的樣品快速生成氟化氫鋁,未生成LDHs結(jié)構(gòu);組成影響LDHs薄膜的形貌:組成為NiAl或NiFe時(shí),片狀顆粒垂直團(tuán)聚成球,形成豐富的均勻孔隙,且孔徑小,比表面積大;組成為CoAl時(shí),樣品的結(jié)晶性差,片狀顆粒間距近,比表面積、孔體積、孔徑均很小。3.采用水浴加熱法對(duì)LDHs薄膜進(jìn)行摻鐵改性,研究了制備方法、層板組成對(duì)摻雜改性LDHs薄膜的物相、形貌和結(jié)構(gòu)的影響,探究了摻雜鐵離子的位置及其在光催化降解甲基橙中的作用。摻雜改性后,涂覆法制備的LDHs薄膜物相不變,但是形貌發(fā)生變化,其變化規(guī)律隨LDHs組成不同而不同:改性后,組成為NiAl的薄膜形貌差別不大,比表面積增大;組成為NiFe的薄膜,片狀顆粒相互平行,片與片之間的距離減小,比表面積減小;組成為CoAl的薄膜,片狀顆粒團(tuán)聚成花簇狀,孔徑增大,比表面積增大。而鐵離子摻雜對(duì)原位法制備的四種組成的LDHs薄膜的物相和形貌影響不大。鐵離子在LDHs薄膜中以兩種形式存在,部分Fe(Ⅲ)取代了層板中的Al(Ⅲ),另一部分以游離態(tài)附著在樣品表面,為光催化反應(yīng)提供更多的氧化還原位點(diǎn)。同時(shí)豐富的孔隙和大比表面積為光催化反應(yīng)提供更大的接觸面積,提高樣品的光催化性能。4.以有機(jī)染料甲基橙為降解對(duì)象,研究了層板組成(NiAl、MgAl、NiFe、CoAl)、制備方法、鐵離子摻雜改性及共存Ag離子對(duì)LDHs薄膜光催化降解有機(jī)染料的影響規(guī)律,并闡明摻雜鐵離子在光催化過(guò)程中的作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:LDHs薄膜組成方面:具有還原位的金屬離子,如Ni(II)和Co(II),可作為光生電荷陷阱,提高光生電子空穴對(duì)分離,有利于提高薄膜的光催化效率;制備方法方面:原位生長(zhǎng)法制備的薄膜與基體結(jié)合好,能夠充分利用導(dǎo)電布基體的良好導(dǎo)電性,有利于光生電荷之間的運(yùn)輸,使該類薄膜具有較高的光催化降解率;鐵離子摻雜改性方面:鐵離子摻雜對(duì)不同方法制備的薄膜呈現(xiàn)不同的作用趨勢(shì)。改性后的原位法制備的薄膜,摻雜的鐵離子成為光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合中心,從而降低了光催化降解率,而涂覆法制備的薄膜,摻雜鐵有利于光生載流子的分離,有效提高了光催化降解率;共存Ag離子方面:銀離子與甲基橙共存時(shí)促進(jìn)LDHs對(duì)甲基橙的光催化降解;摻雜鐵離子的存在有利于協(xié)同作用增強(qiáng),進(jìn)一步提高了甲基橙的光催化降解率。隨著Ag~+濃度的增加,協(xié)同增強(qiáng)作用的效果越明顯,光催化降解率提高;穩(wěn)定性方面:光催化后LDHs薄膜的形貌與結(jié)構(gòu)沒(méi)有明顯變化,具有良好的穩(wěn)定性。
【學(xué)位授予單位】：山東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB383.2;O643.36
【圖文】：

2-1 導(dǎo)電布的放置示意ematic diagram of conduct表 2-3 樣品的制備條件3 Experimental conditioNH4F 反應(yīng)條件無(wú)110℃8h 無(wú) 無(wú) 有 有 有 有

M）射到非常薄的樣品中，電子與樣品中的原子發(fā)生。實(shí)驗(yàn)采用 FEI-Tecnai G2 場(chǎng)發(fā)射透射電子顯微選區(qū)電子衍射分析（SAED）、高分辨透射電鏡DS）。分析生長(zhǎng)法制備的 LDHs 薄膜 XRD 圖譜。NiAl-Y 和體（圖 2-2a）差別不大，NiFe-Y 譜圖平緩，均沒(méi)5~30°間的凸起均為導(dǎo)電布基體的衍射峰，無(wú) L的樣品太薄，檢測(cè)不到相應(yīng)的衍射峰[11]。

山東理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第二章 原位生長(zhǎng)法制備 LDHs 薄采用傅里葉紅外光譜（FT-IR）對(duì)樣品進(jìn)行分析。圖 2-3 為樣品的 FT-IR 譜圖與導(dǎo)電布基體的紅外光譜（圖 2-3a）進(jìn)行對(duì)比，NiAl-Y 在 3449.3 cm-1處的吸收峰金屬氫氧化物層板上羥基 O-H 的伸縮振動(dòng)（圖 2-3b），由于層板羥基易與層間水子形成氫鍵，導(dǎo)致該吸收峰發(fā)生明顯的寬化和紅移（自由狀態(tài)下羥基 O-H 的吸收為 3600 cm-1）[12]；此外，紅外光譜中在 1631.7 cm-1處還存在吸附水中 O-H 的彎曲動(dòng)峰[13]。1352.5 cm-1處的吸收峰屬于 CO32-的特征吸收峰（自由狀態(tài)下 CO32-的吸收為 1450 cm-1），由 C=O 的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)導(dǎo)致[14]，對(duì)應(yīng)在 1137.5 cm-1處的吸收峰其對(duì)稱伸縮振動(dòng)導(dǎo)致的[15]，說(shuō)明 LDHs 層間吸附的是 CO32-陰離子；760.7 cm-1、68cm-1處存在吸收峰，歸因于 LDHs 層板上的 O-M-O 和 M-O-M 鍵的彎曲和伸縮振[16-18]。MgAl-Y（圖 2-3c）在 3407.6 cm-1、1353.4 cm-1、1127.1 cm-1、761.2 cm-1、78cm-1、684.7 cm-1處，NiFe-Y（圖 2-3d）在 3408 cm-1、1634.8 cm-1、1379.7 cm-1、112cm-1、682.7 cm-1處均出現(xiàn)與 NiAl-Y 相似的 LDHs 的特征吸收峰，說(shuō)明導(dǎo)電布基體原位生長(zhǎng)了層間離子為 CO32-的 LDHs 薄膜。

【參考文獻(xiàn)】

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7 袁素s

本文編號(hào)：2789318