第 1 章 緒論

目前比較常見的重金屬污染物中含有鉻。鉻可以通過飲水、食物鏈等途徑進(jìn)入到動(dòng)植物體內(nèi)，并且產(chǎn)生富集作用；生物體攝入鉻，會(huì)破壞部分酶、蛋白質(zhì)和某些必需物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，其神經(jīng)組織也會(huì)受到損傷，危害生物體的健康。鉻的毒性主要與它的存在形式有直接關(guān)系[3,4]。在自然界中，鉻主要以三種氧化態(tài)形式存在著，可以在水中穩(wěn)定存在的有 Cr(III)和 Cr(VI)，并且隨著水、土壤和大氣進(jìn)行循環(huán)。一般認(rèn)為，Cr(III)是人和動(dòng)物體生長(zhǎng)所必須的一種微量元素，能夠調(diào)節(jié)人體的糖代謝和膽醇。Cr(III)存在于溶液中的濃度小，活動(dòng)性差，一般毒害也較輕。而 Cr(VI)具有強(qiáng)的致突變和致癌力[5]，它的毒性能達(dá)到 Cr(III)的 100 多倍。其主要是因?yàn)镃r(VI)在細(xì)胞中還原成 Cr(III)的過程中，阻礙其還原酶谷光甘肽的活性，同時(shí)導(dǎo)致血紅蛋白轉(zhuǎn)化為高鐵血紅蛋白，破壞了 DNA 從而引起了細(xì)胞的突變和癌變[6-8]。Cr(VI)具有很強(qiáng)的氧化和遷移能力，容易被人體吸收和積累，對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。

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第 2 章 分子篩為載體鎂鋁水滑石（LDH@Zeolite）的原位合成與表征

2.1 實(shí)驗(yàn)部分

（1）分別稱 Mg(NO3)2•6H2O 和 CO(NH2)2于燒杯，用蒸餾水溶解后轉(zhuǎn)移到 100mL 容量瓶中定容，此溶液為 Mg2+/CO(NH2)2摩爾比為 1:3 的混合溶液。（2）將經(jīng)過 200 ℃馬弗爐干燥 3 h 的 4A 分子篩球浸泡在 100 mL 上述混合溶液的三口瓶?jī)?nèi)，并對(duì)其抽真空 1 h，去除混合溶液，將 4A 分子篩球轉(zhuǎn)移到 50 mL的水熱合成反應(yīng)釜中，放入烘箱晶化。（3）從烘箱取出反應(yīng)釜待降溫后將 4A 分子篩取出，用去離子水多次洗滌直至洗滌液為中性（pH=7~8)，轉(zhuǎn)移到表面皿中于 80 ℃烘箱干燥 24 h。將烘干的水滑石樣品保存于干燥器內(nèi)。

2.2 表征方法

XRD 即 X-ray diffraction analysis 的縮寫，X 射線衍射分析是水滑石分析的主要手段，利用 X 射線在水滑石物質(zhì)中的衍射效應(yīng)進(jìn)行物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析的技術(shù)。各物質(zhì)都有其特定的晶體結(jié)構(gòu)，包括點(diǎn)陣類型、晶面間距等參數(shù)，用具有一定能量的 X射線照射測(cè)試樣品，試樣中的物質(zhì)受到激發(fā)，會(huì)產(chǎn)生二次熒光 X 射線，晶體的晶面反射遵循布拉格定律。研究 XRD 的衍射圖，得到所需產(chǎn)品的晶體結(jié)構(gòu)、晶胞參數(shù)、材料所含原子或分子的構(gòu)造或形態(tài)等信息。X-射線衍射的應(yīng)用極為廣泛，其檢測(cè)對(duì)樣品無損傷�？梢愿鶕�(jù) XRD 譜圖上的特征峰的位置鑒定樣品的物相，還可以根據(jù)謝樂公式計(jì)算納米粒子的平均粒徑，根據(jù)衍射角確定晶胞參數(shù)。本論文采用德國(guó)布魯克公司的D8ADVANCE型X-射線衍射儀對(duì)樣品物相以及晶面間距進(jìn)行確定分析。儀器采用加速電壓 40 kV，電流 30 mA，輻射光源為λ=0.15406 nm 的 Cu 靶 Kα射線，掃描范圍 0~70°，掃描速率 0.05 °/s。

第 3 章 焙燒后的分子篩為載體鎂鋁水滑石（LDO@Zeolite）對(duì) Cr(VI)的吸附性能研究...............32

3.1 實(shí)驗(yàn)部分..............32
3.2 結(jié)果與討論..........35
3.3 小結(jié)................60
第 4 章 泡沫鎳為載體鎳鋁水滑石（LDH@NF）的原位合成與性能研究......61
4.1 實(shí)驗(yàn)部分.............61
4.2 結(jié)果與討論................64
第 5 章 結(jié)論與創(chuàng)新點(diǎn)....................83

第 4 章 泡沫鎳為載體鎳鋁水滑石（LDH@NF）的原位合成與性能研究

4.1 實(shí)驗(yàn)部分

原位合成 LDH@NF 的具體步驟如下：（1）泡沫鎳在 0.5 % NaOH 溶液中浸泡 1 min 以脫除表面氧化物，然后分別在脫碳水和乙醇中超聲 10 min，晾干。（2）10 mL NH3.H2O（25~28 %）加入到 40 mL 1M Ni2SO4和 30 mL 0.25 M 過硫酸鉀混合溶液中。室溫下，泡沫鎳(2.5*2.5 cm2)垂直放置在溶液中 10 min。用脫碳水洗滌晾干。留一片，進(jìn)行表征。（3）表面長(zhǎng)有 NiOOH 的泡沫鎳放入裝有 30 mL 的 10 mM Al(NO3)3.9H2O 和15 mM NH4NO3溶液的水熱反應(yīng)釜中，在 100 ℃下晶化 48 h。用 50 mL 反應(yīng)釜進(jìn)行，平鋪放 1 片泡沫鎳。（4）待反應(yīng)釜冷卻至室溫后，取出泡沫鎳分別用乙醇和脫碳水洗滌，干燥。

4.2 結(jié)果與討論

由圖 4.4a 可以看出，Al3+濃度為 1.0 mmol/L 時(shí)泡沫鎳表面呈現(xiàn)片狀水滑石形貌，當(dāng) Al3+濃度到增大 10 mmol/L 時(shí)，如圖 4.4b，片狀水滑石生長(zhǎng)數(shù)量顯著增多，高度分散，片層結(jié)構(gòu)重疊且生長(zhǎng)致密。這是由于 Al3+濃度的增加使泡沫鎳原有的鎳源與其結(jié)合機(jī)會(huì)增多，即生長(zhǎng)的水滑石數(shù)量增多。在反應(yīng)溫度為 100 ℃，Al3+濃度為 10 mmol/L，pH 為 5.0，反應(yīng)時(shí)間為 48 h，考察固液比對(duì) LDH@NF 合成的影響。結(jié)果見圖 4.5。從圖 4.5a2可已看出，，固液比為 0.03:40 g/mL 時(shí)，泡沫鎳表面的水滑石呈六邊形的片層結(jié)構(gòu)重疊，片層的厚度增加，并非實(shí)驗(yàn)所需要得到的水滑石層狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)固液比為0.18:40 g/mL 時(shí)，如圖 4.5b 所示，片層水滑石結(jié)構(gòu)明顯，生長(zhǎng)數(shù)量多，高度分散且生長(zhǎng)密集。由于溶液體積的增加相當(dāng)于提高了 Al3+的濃度，從而泡沫鎳原有的鎳源與其結(jié)合的機(jī)會(huì)增多，使生長(zhǎng)的水滑石數(shù)量增加。在 Al3+濃度為 10 mmol/L，pH 為 5.0，固液比為 0.18:40 g/mL，反應(yīng)時(shí)間 48 h，考察不同晶化溫度對(duì)合成 NiAlNO3-LDH@NF 的影響。結(jié)果見圖 4.6。從圖 4.6a 可以看到，晶化溫度為 60 ℃時(shí)，泡沫鎳表面的水滑石的生長(zhǎng)稀薄，數(shù)量少，隨著晶化溫度的升高，片層結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的越來越密集。從圖 4.6b 可以看出當(dāng)晶化溫度為 100 ℃時(shí)在泡沫鎳表面生長(zhǎng)的片層水滑石結(jié)構(gòu)明顯，高度分散且生長(zhǎng)密集。可能是由于晶化溫度為 60 ℃時(shí)還不足以達(dá)到 LDH@NF 的合成溫度，導(dǎo)致水滑石片層結(jié)構(gòu)沒有完全生成，片層稀薄，生長(zhǎng)數(shù)量少。

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第 5 章 結(jié)論與創(chuàng)新點(diǎn)

通過 SEM、XRD、EDS 表征結(jié)果表明：鎂鋁-分子篩水滑石（LDH@Zeolite）在晶化溫度 120 ℃，晶化時(shí)間 12 h，Mg(NO3)2.6H2O/CO(NH2)2為 1:3，Mg2+為 2.0及 2.5 mol/L，固液比為 0.06 g/mL 條件下，所制備的水滑石具有片層結(jié)構(gòu)與高度分散的特征；焙燒后得到的復(fù)合金屬氧化物 LDO@Zeolite 在 Cr(VI)的水溶液中能夠與水和陰離子結(jié)合重構(gòu)水滑石的層狀結(jié)構(gòu)�？疾炝瞬煌臏囟缺簾乃瑢�(duì)其吸附去除 Cr(VI)的性能。結(jié)果表明：當(dāng)焙燒溫度為 500 ℃焙燒 4 h 時(shí)，LDO@Zeolite 對(duì) Cr(VI)的去除率達(dá)到 96 %。經(jīng) SEM 與 XRD 測(cè)試，重構(gòu)的Cr-LDH@Zeolite 和前體 LDH@Zeolite 均具水滑石層狀晶體結(jié)構(gòu)特征。由于水滑石的結(jié)構(gòu)“記憶效應(yīng)”，LDO@Zeolite 能夠在含有 Cr(VI)的水溶液中與水和陰離子結(jié)合重構(gòu)水滑石的層狀結(jié)構(gòu)，使 LDO@Zeolite 對(duì) Cr(VI)吸附能力較 LDH@Zeolite提高了 50%，較分子篩提高了 90 %。

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參考文獻(xiàn)（略）

本文編號(hào)：71982