本文關(guān)鍵詞：層狀雙氫氧化物基吸附劑制備及性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：層狀雙氫氧化物(layered double hydroxides,簡稱LDHs),又稱類水滑石(hydrotalcite-like compounds, HT1c),是由兩種或兩種以上金屬元素組成的具有水滑石層狀晶體結(jié)構(gòu)的氫氧化物。LDHs具有層狀結(jié)構(gòu),層板由于同晶置換而帶結(jié)構(gòu)正電荷,層間存在可交換的陰離子,是一類近年來備受關(guān)注的層狀材料,在水處理及其它領(lǐng)域如催化、醫(yī)藥、生物和電磁材料等具有廣泛的應(yīng)用前景。LDHs作為一類在污水處理中有良好應(yīng)用前景的新型吸附劑,要實(shí)現(xiàn)其實(shí)際應(yīng)用還存在一些問題亟需研究解決。例如,LDHs的常用制備方法為液相共沉淀法,其優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)物結(jié)晶度高、分散性好,但缺點(diǎn)是產(chǎn)生大量廢水,與環(huán)境保護(hù)的要求相悖,因而研發(fā)其綠色制備技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義；LDHs顆粒太小(納米級),固液分離困難,不易循環(huán)利用,因而制備磁性LDHs,以通過磁分離改善其循環(huán)利用性是一條有效途徑；LDHs對一些污染物的吸附能力還不理想,構(gòu)筑有機(jī)(如表面活性劑、金屬螯合劑及碳材料石墨烯等)-LDH納米雜化物以改善其吸附性能成為近期研究的熱點(diǎn)之一。另外,目前研究的LDHs多含Al3+,當(dāng)用于飲用水處理時(shí),鋁元素的存在會對人體健康產(chǎn)生影響,因此用Fe代替Al研制低鋁或無鋁LDHs用于飲用水處理值得關(guān)注�？茖W(xué)認(rèn)識固-液界面吸附行為,對污水吸附法處理技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用具有重要意義。前期研究發(fā)現(xiàn),固-液界面吸附中普遍存在“吸附劑濃度效應(yīng)”(也稱“固體效應(yīng)”,Cs-effect),即飽和吸附量隨吸附劑濃度(G)增大而減小,現(xiàn)還沒有成熟的熱力學(xué)模型描述或預(yù)測這種現(xiàn)象。作者課題組近期提出了“表面組分活度”(surface component activity, SCA)模型,用于描述Cs-effect結(jié)果,闡釋其機(jī)理；但還有一些基本問題有待研究,包括模型的普適性、模型參數(shù)的物理意義以及環(huán)境因素對表面組分(吸附位)活度系數(shù)(或Cs-effect強(qiáng)度)的影響等。本論文對LDH基吸附劑(包括磁性LDHs、二元/三元金屬LDHs及有機(jī)-LDH納米雜化物或復(fù)合物等)制備方法進(jìn)行了研究,提出了機(jī)械-水熱法綠色制備技術(shù)；制備了Fe304/氧化石墨烯/LDHs復(fù)合物新型吸附劑；研究了模型污染物在所合成的LDH基吸附劑上的吸附行為,探討了吸附機(jī)理；對SCA模型的適用性進(jìn)行了驗(yàn)證,并提出新的模型方程,考察了環(huán)境因素(pH、離子強(qiáng)度)對Cs-effect的影響等。以期加深對吸附現(xiàn)象的科學(xué)認(rèn)識,為新型吸附劑及其綠色制備技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用提供依據(jù)。本論文的主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下：(1)以Mg(OH)2.Al(OH)3和Fe304為原料,采用環(huán)境友好的機(jī)械化學(xué)法(mechanochemical method)成功制備了Fe3O4@(Mg-A1-OH LDH)復(fù)合物,磁性Fe304顆粒分散于LDHs基體中,復(fù)合物具有明顯的磁響應(yīng),易于固液磁分離�？疾炝藦�(fù)合物對Cr(Ⅵ)的吸附行為,結(jié)果表明其吸附等溫線符合Langmuir和Freundlich等溫式,且存在明顯的Cs-effect.機(jī)械化學(xué)法是制備磁性LDHs的綠色方法,但存在產(chǎn)物結(jié)晶度低、分散性差等問題。(2)將機(jī)械化學(xué)法和水熱法(hydrothermal method)相結(jié)合,提出了機(jī)械-水熱法(]mechano-hydrothermal method).先對固體原料進(jìn)行球磨,再進(jìn)行液相水熱處理,以期改善產(chǎn)物的結(jié)晶度和分散性。以MgO.A1203和NaN03為原料,采用機(jī)械-水熱法成功制備了Mg2Al-NO3 LDHs.結(jié)果表明,原料的預(yù)球磨可有效降低水熱反應(yīng)溫度和時(shí)間。相對于傳統(tǒng)的機(jī)械化學(xué)法,該方法的產(chǎn)物結(jié)晶度高、分散性好,而與傳統(tǒng)的水熱法比,該方法的反應(yīng)溫度低、所需時(shí)間短。另外,機(jī)械-水熱法不產(chǎn)生污水,是原子經(jīng)濟(jì)或環(huán)境友好的合成路線。考察了Mg2Al-NO3LDHs樣品對Cr(Ⅵ)的吸附行為,發(fā)現(xiàn)存在明顯的吸附劑濃度效應(yīng)。(3)以Mg(OH)2、A1(OH)3和Fe(N03)3·9H2O或Mg(N03)2·6H2O為原料,采用機(jī)械-水熱法成功制備了Mg-Al-Fe-NO3 LDHs,并與機(jī)械化學(xué)法和水熱法進(jìn)行了對比。研究了Mg-Al-Fe-NO3 LDHs對Cr(VI)的吸附行為,特別考察了Fe含量對吸附能力的影響,探究了影響機(jī)理。結(jié)果表明,機(jī)械-水熱法制備的樣品相對于機(jī)械化學(xué)法樣品,其吸附能力明顯提高；Fe含量增大可明顯提高LDHs對Cr(Ⅵ)的吸附能力,緣于對表面吸附位化學(xué)活性的增強(qiáng),表明Mg-Fe-NO3 LDHs為有應(yīng)用前景的無鋁吸附劑。另外,在吸附研究過程中,發(fā)現(xiàn)存在明顯的吸附劑濃度效應(yīng)。(4)以Mg(OH)2.A1(OH)3和十二烷基硫酸鈉(sodium dodecyl sulfate,SDS)為原料,采用機(jī)械-水熱法成功制備了SDS插層Mg3A1-OH LDHs(簡記為DS-LDH)納米雜化物,表明該方法可用于綠色制備有機(jī)-LDH納米雜化物。考察了DS-LDH對疏水性有機(jī)物2,4-二氯苯氧基乙酸(2,4-dichlorophenoxyaceticacid,2,4-D)的吸附行為,結(jié)果表明具有較強(qiáng)的吸附能力,也存在明顯的吸附劑濃度效應(yīng)。(5)以Mg(OH)2、A1(OH)3.氧化石墨烯(graphene oxide, GO)和磁性Fe3O4為原料,采用機(jī)械-水熱法成功制備了Fe3O4-GO-Mg3A1-OH LDHs簡稱MGL)復(fù)合物,其中Fe3O4和LDHs組分化學(xué)鍵合在GO表面上。MGL復(fù)合物具有良好的水分散性和較強(qiáng)的磁響應(yīng),易于固液磁分離。研究了MGL復(fù)合物對無機(jī)陽離子Pb(Ⅱ)和疏水芳香有機(jī)物2,4-D的吸附行為,考察了各種因素的影響,探討了吸附機(jī)理。結(jié)果表明,MGL復(fù)合物對Pb(Ⅱ)和2,4-D均有較強(qiáng)的吸附能力,存在明顯的吸附劑濃度效應(yīng)；隨GO含量增大,對Pb(Ⅱ)和2,4-D的吸附量均增大；隨pH(4～10)增大,對Pb(Ⅱ)的吸附量增大,而對2,4-D的吸附量減小。MGL復(fù)合物對Pb(Ⅱ)的吸附機(jī)理主要為LDHs表面誘導(dǎo)Pb3(CO3)2(OH)2沉淀,而對2,4-D的吸附機(jī)理主要為2,4-D/GO間的π-π堆積作用和2,4-D/LDHs間的離子交換插層作用。MGL復(fù)合物在去除Pb(Ⅱ)和2,4-D過程中,呈現(xiàn)出理想的去除率、良好的穩(wěn)定性和循環(huán)利用能力,是具應(yīng)用前景的新型污水處理劑。(6)對SCA模型進(jìn)行了分析,建立了新模型方程(Γe-Cs方程),探討了相關(guān)模型參數(shù)的物理意義和影響因素,改進(jìn)了模型參數(shù)值的擬合方法,提出了表征Cs-effect強(qiáng)度的模型參數(shù)。選用具Cs-effect的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),用SCA模型進(jìn)行了擬合分析,以驗(yàn)證其普適性,考察了環(huán)境因素對Cs-effect強(qiáng)度(或活度系數(shù))的影響等。結(jié)果表明,SCA模型具有普適性,可用于描述或預(yù)測Cs-effect現(xiàn)象；在所研究條件下,pH值和電解質(zhì)濃度對Cs-effect強(qiáng)度基本無影響。本工作加深對Cs-effect現(xiàn)象的認(rèn)識,為SCA模型更廣泛應(yīng)用提供依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：層狀雙金屬氫氧化物 固.液界面吸附 重金屬 2 4-D 磁性納米粒子 氧化石墨烯 吸附劑濃度效應(yīng) 表面組分活度模型
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ424;X703
【目錄】：

• 摘要12-15
• ABSTRACT15-19
• 第1章 緒論19-43
• 1.1 水污染概況19-22
• 1.1.1 重金屬污染現(xiàn)狀及危害19-21
• 1.1.2 有機(jī)物污染現(xiàn)狀及危害21-22
• 1.2 重金屬和有機(jī)污染物的處理技術(shù)22-23
• 1.3 層狀雙金屬氫氧化物23-27
• 1.3.1 LDHs的結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成24-25
• 1.3.2 LDHs的合成方法25-26
• 1.3.3 LDHs的吸附性能26-27
• 1.4 固-液界面吸附模型27-30
• 1.4.1 吸附動力學(xué)28-29
• 1.4.2 吸附熱力學(xué)29-30
• 1.5 吸附劑濃度效應(yīng)30-35
• 1.6 論文選題的目的、意義及主要內(nèi)容35-36
• 參考文獻(xiàn)36-43
• 第2章 機(jī)械化學(xué)法制備Fe_3O_4@(Mg-Al-OH LDH)復(fù)合物43-54
• 2.1 引言43
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分43-45
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑43-44
• 2.2.2 Fe_3O_4@(Mg-Al-OH LDH)復(fù)合物制備44
• 2.2.3 樣品表征44
• 2.2.4 Fe_3O_4@(Mg-Al-OH LDH)復(fù)合物對Cr(Ⅵ)吸附實(shí)驗(yàn)44-45
• 2.3 結(jié)果與討論45-52
• 2.3.1 XRD表征45-48
• 2.3.2 FT-IR表征48-49
• 2.3.3 SEM和TEM表征49
• 2.3.4 磁性表征49-50
• 2.3.5 Fe_3O_4@(Mg-Al-OH LDH)對Cr(Ⅵ)的吸附50-52
• 2.4 本章小結(jié)52
• 參考文獻(xiàn)52-54
• 第3章 機(jī)械-水熱法制備Mg_2Al-NO_3 LDHs54-68
• 3.1 引言54
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分54-55
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑54-55
• 3.2.2 Mg_2Al-NO_3 LDHs制備55
• 3.2.3 樣品表征55
• 3.2.4 Mg_2Al-NO_3 LDHs對Cr(Ⅵ)吸附實(shí)驗(yàn)55
• 3.3 結(jié)果與討論55-65
• 3.3.1 XRD表征55-59
• 3.3.2 TEM和SEM表征59-60
• 3.3.3 FT-IR表征60-61
• 3.3.4 Zeta電位與粒徑表征61-62
• 3.3.5 制備機(jī)理62-63
• 3.3.6 Mg_2Al-NO_3 LDHs對Cr(Ⅵ)的吸附63-65
• 3.4 本章小結(jié)65
• 參考文獻(xiàn)65-68
• 第4章 Mg-Al-Fe-NO_3 LDHs的制備及對Cr(Ⅵ)的吸附68-95
• 4.1 引言68
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分68-70
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑68-69
• 4.2.2 Mg-Al-Fe-NO_3 LDHs制備69-70
• 4.2.3 樣品表征70
• 4.2.4 Mg-Al-Fe-NO_3 LDHs對Cr(Ⅵ)吸附實(shí)驗(yàn)70
• 4.3 結(jié)果與討論70-91
• 4.3.1 樣品的表征70-79
• 4.3.2 MHT-LDH_(1/2)和MC-LDH_(1/2)對Cr(Ⅵ)吸附能力的比較79-80
• 4.3.3 Fe含量對Mg-Fe-Al-NO_3 LDHs吸附Cr(Ⅵ)性能的影響80-83
• 4.3.4 MC-LDH_(1/2)和MC-LDO_(1/2)吸附Cr(Ⅵ)能力之對比83-85
• 4.3.5 吸附機(jī)理85-91
• 4.4 本章小結(jié)91
• 參考文獻(xiàn)91-95
• 第5章 十二烷基硫酸鈉插層LDHs納米雜化物制備及對2,4-二氯苯氧基乙酸的吸附95-111
• 5.1 引言95
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分95-97
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑95-96
• 5.2.2 DS-LDH納米雜化物制備96
• 5.2.3 樣品表征96
• 5.2.4 吸附實(shí)驗(yàn)96-97
• 5.3 結(jié)果與討論97-107
• 5.3.1 樣品的表征97-104
• 5.3.2 吸附特性104-107
• 5.4 本章小結(jié)107-108
• 參考文獻(xiàn)108-111
• 第6章 Fe_3O_4/氧化石墨烯/Mg_3Al LDHs復(fù)合物制備及對Pb(Ⅱ)和2,4-二氯苯氧基乙酸的吸附111-138
• 6.1 引言111-112
• 6.2 實(shí)驗(yàn)部分112-114
• 6.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑112
• 6.2.2 Fe_3O_4-GO-Mg_3Al-OH LDHs復(fù)合物制備112-113
• 6.2.3 樣品表征113
• 6.2.4 吸附實(shí)驗(yàn)113-114
• 6.3 結(jié)果與討論114-132
• 6.3.1 樣品的表征114-121
• 6.3.2 吸附特性121-131
• 6.3.3 吸附機(jī)理131-132
• 6.4 本章小結(jié)132-133
• 參考文獻(xiàn)133-138
• 第7章 固-液界面吸附中的吸附劑濃度效應(yīng)-表面組分活度模型138-155
• 7.1 引言138-139
• 7.2 理論分析139-141
• 7.3 SCA模型驗(yàn)證及影響C_s-effect因素探討141-152
• 7.3.1 SCA模型參數(shù)α=0.5假定及Γ_m-C_s和K_F-C_s方程之驗(yàn)證141-146
• 7.3.2 F_e-C_s方程之驗(yàn)證146-148
• 7.3.3 Langmuir-SCA和Freundlich-SCA等溫式之驗(yàn)證148-150
• 7.3.4 pH和電解質(zhì)濃度對C_s-effect效應(yīng)的影響150-152
• 7.4 本章小結(jié)152-153
• 參考文獻(xiàn)153-155
• 本文主要結(jié)論、創(chuàng)新點(diǎn)及展望155-157
• 主要結(jié)論155-156
• 創(chuàng)新點(diǎn)156
• 展望156-157
• 致謝157-158
• 博士期間發(fā)表論文、專利及獲獎情況158-160
• 附錄160-181
• 附件181

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：層狀雙氫氧化物基吸附劑制備及性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：370281