發(fā)布時(shí)間：2020-10-08 17:56

　　 層狀雙金屬氫氧化物(Layered double hydroxides,LDH)又被稱為水滑石材料,經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展已經(jīng)逐漸進(jìn)入了商業(yè)化生產(chǎn)階段。LDH主要應(yīng)用于吸附、催化和藥物載體等方面。其中Mg/Al-LDH因其性質(zhì)穩(wěn)定,成本低廉,對(duì)環(huán)境污染小以及制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于污染物吸附和分離等方面。由于材料本身的局限性,Mg/Al-LDH對(duì)污染物的吸附能力較低并且對(duì)污染物的處理功能比較單一。因此,Mg/Al-LDH的優(yōu)化和LDH復(fù)合材料的制備對(duì)替代傳統(tǒng)吸附材料具有重大的意義。本文主要圍繞Mg/Al-LDH的制備、三元Mg/Al/Fe-LDH的制備以及吸附-光催化LDH復(fù)合材料的制備三個(gè)方面開展了以下工作。采用共沉淀法合成Mg/Al-LDH樣品,探究pH值、超聲環(huán)境和堿源種類對(duì)樣品形貌和所制備樣品對(duì)剛果紅溶液吸附性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:樣品尺寸隨反應(yīng)體系中pH值的增加而增大,但吸附性能隨之下降;在Mg/Al-LDH生長(zhǎng)過(guò)程中,超聲條件有利于減小樣品尺寸并使樣品形貌變得更加規(guī)則;以氨水和三乙醇胺作為堿源獲得的樣品對(duì)剛果紅溶液具有極強(qiáng)的吸附能力,最大吸附容量分別為1000 mg/g和1042.67 mg/g,樣品在10 min左右便可達(dá)到最佳吸附效果。此外,以尿素作為堿源采用水熱法獲得了螺旋生長(zhǎng)的片狀LDH并通過(guò)加入適量的表面活性劑(SDS)獲得了花球狀LDH。采用熱力學(xué)模型對(duì)不同形貌的樣品分析發(fā)現(xiàn),樣品的吸附過(guò)程中屬于吸熱反應(yīng)。對(duì)水熱法獲得的Mg/Al-LDH進(jìn)行部分陽(yáng)離子取代,通過(guò)Fe(Ⅲ)對(duì)Al(Ⅲ)部分取代最終獲得了吸附性能優(yōu)異的三元Mg/Al/Fe-LDH。將Mg/Al/Fe-LDH的吸附性能與同種方法制備的Mg/Al-LDH進(jìn)行對(duì)比,樣品對(duì)剛果紅溶液(400 mg/L)的吸附率由72.67%提升至98.56%,Fe(Ⅲ)的引入使LDH對(duì)剛果紅溶液的吸附性能明顯提高,樣品最大吸附容量可達(dá)943 mg/g,樣品在20 min左右便可達(dá)到最佳吸附效果;對(duì)Mg/Al/Fe-LDH的重復(fù)使用性測(cè)試發(fā)現(xiàn),七次循環(huán)后樣品對(duì)剛果紅溶液(500 mg/L)的吸附效率仍在90%以上。Mg/Al/Fe-LDH對(duì)濃度為50 mg/L的Cr(Ⅵ)溶液的吸附容量為35.82 mg/g,樣品在30 min左右便可達(dá)到最佳吸附效果。此外,通過(guò)Fe(Ⅲ)取代Al(Ⅲ)減少了LDH內(nèi)的Al(Ⅲ)含量,這有利于降低LDH在實(shí)際使用中的鋁污染。采用水熱法分別獲得了TiO_2@LDH和Cu_2O/LDH復(fù)合材料,將其應(yīng)用于甲基橙溶液的降解,并對(duì)可能的降解機(jī)理進(jìn)行了描述。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所獲得的復(fù)合材料具有一定的吸附-降解效果。這使得材料在實(shí)際應(yīng)用中省去了定期回收和解吸附的環(huán)節(jié),不僅降低了使用成本,對(duì)于傳統(tǒng)吸附材料的替代也具有巨大的潛力。
【學(xué)位單位】：齊魯工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB33;X703
【部分圖文】：

圖 1.1 LDH 結(jié)構(gòu)示意圖 (a) LDH 立體結(jié)構(gòu)示意圖 (b) LDH 板層基元 (c) LDH 板層基元結(jié)構(gòu)示意圖 (d) LDH 主體板層結(jié)構(gòu)示意圖 (e) LDH 主體板層結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1.1 所示，圖 1.1(a)表示 LDH 立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖 1.1(d)是 LDH 主體板層的示意圖，通過(guò)對(duì)板層上的八面體局部放大可得到圖 1.1 (b)和(c)，其結(jié)構(gòu)由二價(jià)或三價(jià)的中心陽(yáng)離子和頂點(diǎn) OH 構(gòu)成的。圖 1.1 (e)是對(duì)圖 1.1 (d)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步剖析圖。LDH 的化學(xué)通式為[M2+1-xM3+x(OH)2]x+(An-)x/n·mH2O，式中 M2+、M3+分別是二價(jià)、三價(jià)金屬陽(yáng)離子；An-是層間陰離子[6-7]。x 表示 M3+在整個(gè) LDH 中所占的金屬離子物質(zhì)的量的百分比，n 表示了每個(gè)陰離子基團(tuán)所帶的電荷量，m 表示層間水分子的數(shù)目。M3+在板層中的分布密度對(duì) LDH 的吸附性能有直接性影響。以 Mg/Al-CO32--LDH 為例，位于板層上的 Mg2+可以在一定比例范圍內(nèi)被離子半徑相近的 Al3+同晶取代，從而使得 LDH 主體板層帶上正電荷；而層間分布的客體 CO32-可以與層板電荷相平衡，使 LDH 整體呈現(xiàn)電中性。通常情況下，LD的板層之間除存在陰離子基團(tuán)外還存在一部分客體水分子。

圖 3.1 Mg/Al-LDH 在制備流程圖(A)和實(shí)驗(yàn)裝置圖(B)2.2 不同 pH 下 Mg/Al-LDH 的制備為了探究不同 pH 值對(duì)樣品的影響，通過(guò)單一變量法進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：（1）取 0.03 mol Mg(NO3)2·6H2O 和 0.01 mol Al(NO3)3·9H2O 各三份并分別入 50 mL 蒸餾水中充分溶解，標(biāo)記為 A1、A2、A3（合稱 A 液），并將 A 液轉(zhuǎn)至滴液漏斗中備用；（2）取 0.05 mol NaOH 三份并分別溶于 50 mL 蒸餾水中，標(biāo)記為 B1、B2、（合稱 B 液），并將 B 液轉(zhuǎn)移至雙口梨形漏斗中 60 °C 水浴至溫度均勻；（3）將A液分別以相同滴加速度均勻滴入對(duì)應(yīng)的 B液之中，并用2 mol/L 的OH(aq) 調(diào)節(jié)體系的中 pH 值分別為 8、10 和 12，之后將反應(yīng)體系升溫至 80 °C，浴回流 8 h，使目標(biāo)產(chǎn)物充分晶化；（4）將獲得的產(chǎn)物用蒸餾水洗滌并低速離心（4000 r/min，5 min），之后洗凈的產(chǎn)品在-10 °C 中預(yù)凍 6 h 后轉(zhuǎn)移至冷凍干燥機(jī)中凍干，將產(chǎn)物依次命為 MA-LDH1、MA-LDH2和 MA-LDH3。

聲環(huán)境中 Mg/Al-LDH 的制備探究超聲環(huán)境對(duì) Mg/Al-LDH 樣品的影響設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：）取 0.03 mol Mg(NO3)2·6H2O 和 0.01 mol Al(NO3)3·9H2O 加入分溶解，標(biāo)記為 A6液，并將 A6液轉(zhuǎn)移至滴液漏斗中備用；）取 0.05 mol NaOH 溶于 50 mL 蒸餾水中，標(biāo)記為 B6液，并梨形漏斗中 60 °C 水浴至溫度均勻；）將 A 液分別以相同的滴加速度均勻滴入對(duì)應(yīng)的 B6液之中，并用(aq) 分別將反應(yīng)體系的 PH 值調(diào)為 10，并將反應(yīng)體系升溫至 充分晶化，整個(gè)過(guò)程中均需要在超聲條件下進(jìn)行；）將獲得的產(chǎn)物用蒸餾水洗滌并低速離心（4000 r/min，5 min樣品在-10 °C 中預(yù)凍 6 h 后轉(zhuǎn)移至冷凍干燥機(jī)中凍干，并將A-LDH6。）收集樣品，密封儲(chǔ)存。熱法制備 Mg/Al-LDH

【參考文獻(xiàn)】

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