光催化技術(shù)是一項在環(huán)境和能源領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用前景的綠色技術(shù)，而新型高效光催化劑的研發(fā)是目前環(huán)境和能源領(lǐng)域的一個重要研究熱點。本論文通過插層法，固定法，層層組裝法，原位生長法四種方法構(gòu)建出一系列的層狀雙氫氧化物(layerd doublehydroxides, LDHs)復(fù)合材料，橫向開發(fā)LDHs復(fù)合材料在吸附與光催化領(lǐng)域的應(yīng)用。為更全面地實現(xiàn)LDHs復(fù)合材料在吸附與光催化領(lǐng)域的應(yīng)用提供材料制備方法和相關(guān)理論依據(jù)。在材料科學(xué)方面，根據(jù)LDHs及復(fù)合組分的各自特異性質(zhì)，構(gòu)建多種LDHs復(fù)合材料，并針對所制得的復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特性，通過譜學(xué)手段和實驗手段分析其物化性質(zhì)與微結(jié)構(gòu)特性。在高級氧化技術(shù)應(yīng)用方面，為實現(xiàn)絡(luò)合催化劑的異相化、納米顆粒材料的固定化及拓展石墨烯在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新方法。主要研究內(nèi)容有以下各個方面： 1.選擇兩種常用的絡(luò)合鐵（草酸鐵和檸檬酸鐵），利用直接組裝法(direct self-assemblyroute)、重構(gòu)法(reconstructure)、離子交換法(anion exchange)三種合成方法將其保存到MgAl-LDHs層間。通過表征手段分析探討，最佳的絡(luò)合鐵插層LDHs的制備方法。LDH的層間距從7.71分別增加到12.16和12.26。所得樣品同時結(jié)合FTIR、XPS、XAFS、BET (N2adsorption-desorption)、TG-DSC、SEM等手段研究了兩種常用的絡(luò)合鐵插層MgAl-LDHs的反應(yīng)行為特征，分析草酸鐵和檸檬酸鐵插層前后的形態(tài)變化。絡(luò)合鐵固定于LDHs后，以完好的絡(luò)合鐵離子的形式存在于LDHs層間域。通過序批吸附實驗和異相光Fenton實驗，表明絡(luò)合鐵插層LDHs材料對亞甲基藍(lán)的吸附符合Langmuir模型，兩種絡(luò)合鐵插層LDHs材料，在pH4.0~6.0都顯示出較高的脫色率，優(yōu)于單純的均相絡(luò)合鐵催化。 2.通過一種簡單低成本的方法。利用LDHs的“記憶效應(yīng)”，通過煅燒-重構(gòu)的方法，將納米TiO2穩(wěn)定地固定在疏水性LDHs上，制備出納米TiO2-LDHs復(fù)合材料，解決商品納米TiO2有超強的親水作用和易團聚性。通過XRD、XPS、SEM等手段，分析所獲得的復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，納米TiO2和疏水性LDHs不是簡單的物理混合，而是通過化學(xué)鍵的作用緊密結(jié)合在一起。煅燒-重構(gòu)后的LDHs進成交聯(lián)納米片，此交聯(lián)的納米片具有較大的比表面積，能有效地提高對DMP的吸附。序批式吸附近實驗表明，納米TiO2-LDHs復(fù)合材料對DMP的吸附等溫線符合Langmuir吸附模型，由此可以判斷納米TiO2-LDHs復(fù)合材料對DMP的吸附為單分子層吸附模式。光催化降解實驗表明，疏水性LDHs的固定作用能有效地提高其對DMP的去除速率和效率。這主要是因為疏水性LDHs能有效地富集DMP，再使DMP在催化劑上被原位降解。 3.通過層層自組裝方式備出具三明治結(jié)構(gòu)的羧基化石墨烯/ZnAl-LDHs納米復(fù)合體，并通過SEM、TEM、AFM、XRD等手段，分析納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明所得到的羧基化石墨烯/ZnAl-LDHs納米復(fù)合材料是由LDHs納米片和石墨烯片有序地層層組裝形成，其層數(shù)約4-6層。所得到的具三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合材料在真空下煅燒，形成具可見光活性的石墨烯/ZnAl-LDO復(fù)合材料催化劑(rCG/LDO)。通過陰陽離子染料可見光降解實驗，發(fā)現(xiàn)與石墨烯復(fù)合后的催化劑(rCG/LDO)，其可見光催化活性有顯著的提高，且有效地抑制了ZnAl-LDO的光腐蝕問題。石墨烯的摻入使得ZnAl-LDO在可見光區(qū)有響應(yīng)，復(fù)合材料受可見光光照后，產(chǎn)生光生電子與光生空穴，光生電子很快地被石墨烯輸導(dǎo)走，從而減少光生空穴和光生電子的復(fù)合機率，進而有效地提高光催化效率。 4.通過原位生長法制備石墨烯@ZnNiAl-LDO復(fù)合材料，并利用XRD、SEM和TEM等表征方法探討在氧化石墨烯上原位生長ZnNiAl-LDHs與單純ZnNiAl-LDHs結(jié)構(gòu)及形貌上的差異。結(jié)果表明，單純的ZnNiAl-LDHs形狀為小圓盤形的微米級顆粒，然而在氧化石墨烯上原位生長的ZnNiAl-LDHs，生長過程受到石墨烯的抑制作用，形成納米級晶粒。煅燒后形成的石墨烯@ZnNiAl-LDO復(fù)合材料相對原ZnNiAl-LDO樣品在整個UV-vis范圍內(nèi)其吸收值都有明顯的提高。吸附實驗表明，石墨烯@ZnNiAl-LDO復(fù)合材料對Cr(VI)有較強的吸附性能。通過光催化實驗，在MB和Cr(VI)共存的溶液中，MB的可見光催化降解速率明顯高于單純的MB溶液，Cr(VI)的存在能對石墨烯/ZnNiAl-LDO復(fù)合材料光催化氧化有機物起到協(xié)同作用。石墨烯/ZnNiAl-LDO復(fù)合材料能有效地應(yīng)用于處理有機/重金屬復(fù)合污染水體。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類】：O643.32;X52
【部分圖文】：

LDHs的空間結(jié)構(gòu)

Ni/Ti-LDHs的共沉淀法制備流程

圖 1-3 TL 與 TR 處理的 XRD 圖RD patterns of LDHs after the treatment同溫度下的 TR 處理方案的 XRD 圖，從
【參考文獻】

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本文編號：2889497