螯合剂辅助法制备镁合金表面Mg-Al LDHs膜及其耐蚀性

为了降低反应能耗,利用螯合剂辅助法,通过在硝酸铝(Al(NO_(3))_(3))溶液内分别添加乙二胺四乙酸四钠(EDTA-4Na)、柠檬酸钠(SC)和酒石酸钾钠(PST)三种螯合剂制备转化液,然后将镁合金样品直接浸泡在三种转化液中,于60℃,pH值为12.0下反应9 h,即可在镁合金表面制得不同螯合剂掺杂的Mg-Al层状双氢氧化物(layered double hydroxides,LDHs)膜。通过SEM,XRD,FT-IR等分析各LDHs膜的微观形貌、物相组成和耐蚀性。结果表明:螯合剂辅助法可以在常压、60℃环境下于镁合金表面成功制得具有典型层状结构的LDHs膜;并且所得的三种Mg-Al LDHs膜均能有效提高镁合金的耐蚀性。然后通过对比研究三种不同LDHs膜层的结构性能发现:添加PST制备得到的Mg-AlPST LDHs膜致密度最高、厚度最大,可达1.4μm。三种膜层对镁合金耐蚀性的提高效果依次为:Mg-Al-PST LDHs>Mg-Al-SC LDHs>Mg-Al-EDTA LDHs;其中覆盖Mg-Al-PST LDHs膜的镁合金相比空白镁合金,其腐蚀电流密度下降约两个数量级,腐蚀总电阻上升约一个数量级。基于对所得LDHs膜的结构、性能分析可知螯合剂辅助法可在较低能耗条件下,在镁合金表面原位制备耐蚀性较好的Mg-Al LDHs膜的原因可能是:螯合剂中的羧基可加速Al^(3+)在镁基底的沉积,并促进Al^(3+)对Mg(OH)_(2)中部分Mg^(2+)的取代而形成LDHs。

反相微乳液法对Mg-Al LDHs材料结构及近红外光谱的性能研究

采用反相微乳液法制备出了具有介孔结构的Mg-Al LDHs粉体,采用XRD、SEM、BET、DSC/TG、傅立叶红外光谱仪、可见光-近红外分光光度计对样品的结构、成分、形貌、近红外光学性能进行了测试分析,系统研究了反相微乳液反应环境对Mg-Al LDHs粉体介孔结构、水负载量、近红外反射光谱的影响规律,进而探索了一种通过调控Mg-Al LDHs材料形貌结构以模拟天然植物近红外光谱特性的高光谱伪装颜料设计方法。当反相微乳液油-水体系中的水含量达到24%时,成功制备出了一种具有多孔结构的Mg-Al LDHs粉体,通过增大材料内部的孔隙率可以明显提高其在近红外波段的“水吸收峰”强度,并获得与天然植物高度相似的可见光-近红外光谱曲线,余弦相似度高达95.13%。多孔材料的内部孔隙一方面可有效提升材料对水分的负载能力,增强Mg-Al LDHs粉体在近红外波段的水吸收峰强度;另一方面,还能使入射光在材料内部发生多次折射,增大了材料对入射光吸收的几率,从而降低了光谱的整体反射率。在上述效应的综合作用下,最终实现了对天然绿色植物近红外反射光谱的精细化模拟。

Mg-Al LDHs/H_2O_2体系有效降解孔雀石绿模拟染料废水的研究

采用固相法制备出Mg-Al LDHs。以Mg-Al LDHs为吸附剂,H_2O_2为氧化剂,考察了pH、Mg-Al LDHs用量、H_2O_2用量、溶液初始浓度、反应温度、反应时间等因素对Mg-Al LDHs/H_2O_2反应体系降解孔雀石绿溶液的影响。当Mg-Al LDHs用量为0. 01 g,H_2O_2用量为1 m L,pH为7,反应温度为30℃,降解30 min后,浓度为60 mg/L的孔雀石绿溶液可达到99%的降解率。动力学研究表明该过程符合一级动力学方程,30℃时表观动力学常数为0. 18min^(-1),表观活化能Ea为15. 10 k J/mol,指前因子A为1. 91×103min^(-1)。

LDHs覆膜改性活性炭对水中磷的吸附特性研究

采用水热共沉淀法合成两种层状双金属氢氧化物(MgAl-LDHs和MgFe-LDHs)覆膜于活性炭,并研究了其对水中磷的吸附特性。结果表明,在pH=7、温度为298.15 K、吸附时间为4 h时,MgAl-LDHs和MgFe-LDHs改性基质对磷酸盐最大理论吸附容量分别为3.158 mg/g和4.557 mg/g。吸附过程更加符合Langmuir等温模型和拟二级动力学吸附模型,以均匀单分子层化学吸附为主。当磷酸盐初始浓度为0.5 mg/L和2 mg/L时,MgAl-LDHs改性基质的饱和吸附容量接近MgFe-LDHs改性基质的2倍,MgAl-LDHs改性基质更适合作为吸附剂。LDHs改性基质吸附磷酸盐的热力学参数ΔG_(0)<0、ΔH_(0)<0,说明吸附过程是自发的放热过程,低温更有利于提高吸附效果。

ZnMnCr-LDHs的制备及其对磷酸盐吸附性能研究

以三乙醇胺为碱源,通过水热法制备了三元金属元素ZnMnCr-LDHs纳米材料,用于磷酸盐的吸附;通过使用多种表征仪器,证明纳米材料的成功制备。吸附动力学和吸附热力学结果表明,ZnMnCr-LDHs纳米材料吸附磷酸盐符合准二级动力学模型,化学吸附在吸附过程中占主导,为自发的吸热反应。考察各种条件下的吸附能力,在25℃、初始pH的条件下,向20 mL(100 mg/L)磷酸盐溶液中投加15 mg的ZnMnCr-LDHs纳米材料,对磷酸盐的去除率分别可达99.5%、99.5%、99.2%;对磷酸盐最大吸附量分别为715.2、714.8、714.7 mg/g;经过5次循环利用后,ZnMnCr-LDHs纳米材料对磷酸盐的吸附率分别为81.8%、76.4%、76.1%,循环性能较好。

等离子体辅助制备炭布负载大层间距NiCoAl-LDHs及其电化学去离子性能

电容去离子技术近年来被认为是一种新兴的海水淡化技术,尤其在苦咸水范围内具有经济节能的特点。然而,目前关于除氯电极的研究较少,同时缓慢的除盐动力学也制约了除氯电极的发展。本工作通过在表面酸处理后的柔性炭布(ACC)上原位生长层状氢氧化物NiCoAl-LDHs纳米片阵列并进行Ar等离子体处理,制备了具有扩大层间距的Ar-NiCoAl-LDHs@ACC材料。炭布基底抑制了NiCoAl-LDHs纳米片的团聚并提高了电导率,Ar等离子体处理则进一步扩大了NiCoAl-LDHs层间距并改善了亲水性,提供了快速的氯离子扩散通道,并释放了更多的层间活性位点,实现了高除盐动力学。将Ar-NiCoAl-LDHs@ACC作为除氯电极与活性炭组装了混合式电容去离子器件。在1000 mg L^(-1)NaCl溶液及1.2 V工作电压下,除盐容量可达到93.26 mg g^(-1),除盐速率可达到0.27 mg g^(-1)s^(-1),电荷效率高达0.97。在300 mg L^(-1)NaCl溶液及0.8 V工作电压下,经100次循环后容量保持率仍在85%以上。本工作的制备策略为大层间距二维金属氢氧化物材料的可控制备和高性能电化学除氯电极的设计构建提供了新思路。

不同镁铝比LDHs对钢筋阻锈性能的影响

为了探究镁铝比对MgAl型层状双金属氢氧化物(MgAl-LDHs)的晶体结构、阴离子控释能力及阻锈效果的影响规律,本文采用共沉淀法合成了镁铝摩尔比为2∶1、3∶1和4∶1的MgAl-LDHs,利用XRD和FTIR分析了合成样品的物相组成,并通过氯离子吸附和电化学试验研究了合成样品的氯离子吸附性能及其在模拟混凝土孔溶液中对钢筋的阻锈性能。结果表明,随着镁铝摩尔比从2∶1增至4∶1,LDHs的层间距从0.888 nm降低至0.796 nm,LDHs负载阴离子数减少,氯离子吸附能力降低。掺有Mg_(2)Al-NO_(3)^(-)、Mg_(3)Al-NO_(3)^(-)和Mg_(4)Al-NO_(3)^(-)组的临界氯离子浓度分别为0.16、0.14和0.14 mol/L,分别比空白组的临界氯离子浓度(0.10 mol/L)提高了60%、40%和40%。

在干湿循环下CaFe-LDHs掺合料对混凝土试块的抗硫酸盐侵蚀研究

通过化学共沉淀法制备出Ca Fe-LDHs,并用于硫酸盐的吸附及混凝土试块的抗硫酸盐侵蚀研究。吸附试验表明,CaFe-LDHs对硫酸的吸附过程符合拟一级动力学模型和Langmuir模型,这说明CaFe-LDHs对硫酸盐具有更好的吸附性能。在抗硫酸盐侵蚀试验表明,混凝土试件的抗压强度随Ca Fe-LDHs掺量的增加而增加,且随着干湿循环的次数增加而先增加后减少。硫酸盐深度分布曲线表明,随着掺合料的增加能够有效地延缓硫酸盐对混凝土试块的侵蚀,并说明CaFe-LDHs作为掺合料能够有效地降低硫酸盐对混凝土试块的侵蚀。

3种方法制备NiCoCr-LDHs对MO的吸附性能研究

使用尿素水解法(Urea)、恒定pH共沉淀法(CC-H)、超声共沉淀法(U-H)制备了新型NiCoCr-LDHs吸附剂,研究其在各种因素条件下对甲基橙染料废水的吸附性能的影响,并对3种NiCoCr-LDHs吸附实验的结果进行分析与评价。结果表明:不同方法制备3种NiCoCr-LDHs吸附行为均符合Langmuir等温吸附和准二级动力学模型,表明3种材料是以单层吸附和层间离子交换为主。Urea、CC-H、U-H制备材料的最大吸附容量分别为355、390和278 mg/g,不同制备技术使3种吸附剂在表面结构、比表面积等方面有较大区别,最终导致在吸附过程中最大吸附量有显著差别,并简要分析了其吸附机理。

LDHs衍生阵列催化剂在吸收增强式甘油水蒸气重整制氢的应用前景展望

对吸收增强式甘油水蒸气重整(SESRG)制氢反应网络及热力学特性、Ni-Ca基催化-吸收双功能催化剂研究进展及面临的挑战进行归纳总结,系统分析Ni基催化位点、Ca基吸附位点失活机理及改性手段。结合层状双金属氢氧化物(LDHs)材料和阵列催化剂独特的结构优势和物化特性,提出设计研发LDHs衍生阵列催化剂是提高Ni-Ca双功能催化剂反应活性和稳定性的有效手段,并对其在甘油高效稳定制氢领域发展前景进行展望。

MgBi-LDHs和NiBi-LDHs光催化降解罗丹明B性能

通过共沉淀法制备MgBi-LDHs和NiBi-LDHs两种光催化剂,采用紫外可见分光光度计对催化剂进行表征分析,并探究了溶液初始pH值、催化剂物质的量之比和光照类型对罗丹明B(RhB)降解效果的影响;采用扫描电子显微镜(SEM)对材料进行形貌和元素分布进行分析。实验结果表明:溶液初始pH值为6时,在长弧氙灯照射条件下,光照4 h,Mg-Bi(3∶1)降解效果最佳,去除率达91.24%;在紫外高压汞灯照射条件下,光照4 h,Mg-Bi(5∶1)降解效果最佳,去除率达92.16%。该光催化剂的制备为降解罗丹明B提供了一种廉价、简便的措施,对其他高效光催化剂的合成具有一定的指导意义。

Ca-Al-LDHs固体碱催化羟甲基化反应制备2-硝基-2-甲基-1-丙醇的研究

采用共沉淀法制备了一系列Ca-Al-LDHs固体碱催化剂用于非均相催化合成2-硝基-2-甲基-1-丙醇。利用XRD、SEM、XPS、CO_(2)-TPD、FT-IR、BET等分析手段对Ca-Al-LDHs的结构特性、金属价态、碱性强度与催化性能构效关系进行表征,通过2-硝基丙烷与甲醛羟甲基化反应评价了Ca-Al-LDHs固体碱催化剂的催化性能,并对2-硝基-2-甲基-1-丙醇的制备工艺进行了优化。结果表明,所制备的固体碱催化剂表面存在大量强碱性活性位点,并且存在一种新的晶格结构(Ca12Al14O33),该结构的存在提高了该催化剂对羟甲基化反应的催化性能;在温度为70℃、反应时间为2 h、n(甲醛)∶n(2-硝基丙烷)=2∶1、m(催化剂)∶m(甲醛)=3∶10的反应条件下,2-硝基丙烷的转化率为96.2%,2-硝基-2-甲基-1-丙醇选择性为99%。催化剂重复使用20次后,产品收率仍能达到60%以上。

规整Mn-Zn-Mg-Al-CO_3四元LDHs层状材料的水热合成、结构及性能

以Mn(NO3)2.6H2O、Zn(NO3)2.6H2O、Mg(NO3)2.6H2O和Al(NO3)3.9H2O为原料,采用水热合成法,一步合成了Mn-Zn-Mg-Al-CO3四元LDHs层状材料。采用ICP、元素分析仪、XRD、FTIR、TG-DSC、SEM、低温氮吸附-脱附等对样品进行了表征。探讨了pH值、反应温度、反应时间和原料配比对Mn-Zn-Mg-Al-CO3四元LDHs层状材料合成的影响。结果表明,在pH=10、反应温度控制在140℃、反应时间为24 h的条件下,可以合成出结构规整、晶形良好、各层间排列紧密有序的含不同比例金属阳离子的Mn-Zn-Mg-Al-CO3四元LDHs层状材料。其吸附等温线符合V型吸附,H3滞后环,晶体内层间存在2 nm以上的孔,晶体内部结构的有序性高,层间碳酸根离子的排列整齐,通道内孔密度大、孔径小、比表面积大。

两级反应器制备Mg-Al-CO_3 LDHs纳米粉工艺研究

采用一种自制的具有上下两个反应室的两级反应器,将盐溶液MgCl2.6H2O、AlCl3.6H2O和沉降剂Na2CO3、NaOH进行反应来合成了镁铝型层状双氢氧化物(简称Mg-Al-CO3LDHs)纳米粉。研究了反应物浓度、搅拌速度、表面活性剂种类对晶体结构、颗粒尺寸、和粒度分布的影响。TEM、XRD、激光粒度分布测试仪的检测结果表明:最佳反应条件下所得产物的形貌为片状,最小平均粒径为30～50nm,尺寸分布比较均匀且结晶度较高。反应物浓度增加,颗粒尺寸变小且均匀性提高;搅拌速度增加,颗粒尺寸降低且粒度分布变窄。研究表明不同种类表面活性剂对晶体结构影响很大。

大黄素/Mg-Al-LDHs纳米杂化物的制备及缓释性能研究

以Mg-Al型层状双金属氢氧化物(Mg-Al-LDHs)为载体,将大黄素分子通过二次组装法成功插入其层间,得到大黄素/Mg-Al-LDHs纳米杂化物。XRD结果显示,Mg-Al-LDHs粒子层间距由0.48 nm增大到3.35 nm。差热曲线(DTA曲线)分析结果表明,该纳米杂化物分子中大黄素的分解温度比纯大黄素的分解温度高50℃。分别在pH 4.8和pH 7.5的缓冲溶液中测定了大黄素/LDHs的缓释性能,结果表明大黄素/LDHs的药品释放速率明显低于二者的物理混合物,并探讨了释放机理。

Mg-Al CLDHs/H_2O_2体系降解结晶紫染料废水的研究

以Mg-AlCLDHs(Calcined Mg-Al layered double hydroxide)和H2O2组成的类芬顿体系催化降解结晶紫(Crystal violet,CV)染料废水。考察了p H值、催化剂用量、氧化剂用量、染料起始浓度、反应温度、反应时间等因素的影响,并对Mg-Al CLDHs催化剂的再生能力进行了测试。结果表明:对浓度为40 mg/L的结晶紫溶液,当Mg-Al CLDHs用量为0.005 g,H2O2用量为1 m L,p H为7.0,降解温度为35℃,反应时间为15 min,结晶紫脱色率98%以上,催化剂再生性良好。动力学研究表明该反应符合一级动力学模型,35℃时速率常数为0.28 min-1,表观活化能为46.03 k J·mol-1。

Ag@AgCl/Mg-Al-LDHs复合光催化剂的制备及可见光催化活性

采用过饱和沉淀法制备了镁铝层状双金属氢氧化物(Mg-Al-LDHs)载体,再以Ag NO3和HCl通过沉积-沉淀法制得Ag Cl/Mg-Al-LDHs,光还原后得到了可见光响应和高活性的Ag@Ag Cl/Mg-Al-LDHs等离子体共振光催化剂。采用XRD,SEM,TG-DTG,FT-IR和BET等技术对催化剂的相结构和微观形貌等进行了表征。结果表明:Mg-AlLDHs因其较大的负载表面使得负载的Ag@Ag Cl纳米粒子颗粒变小、分散程度增强,这不仅增加了复合材料的活性位点,而且提高了负载Ag@Ag Cl纳米颗粒的光生电子-空穴对的氧化-还原能力,从而使得复合材料具有比Ag@Ag Cl更高的反应活性。在可见光条件下(λ>420 nm),Ag@Ag Cl/Mg-Al-LDHs复合材料光催化降解亚甲基蓝(MB)的活性明显高于纯Ag@Ag Cl,当Ag@Ag Cl的负载量(质量分数)为16%时表现出最好的光催化活性,可见光照射10 mg/L MB溶液180 min的光解率达96.04%。

Ni-Mg-Al-LDHs的制备及其催化酯化高酸原油脱酸的研究

采用尿素法和共沉淀法制备了Ni-Mg-Al-LDHs前驱体,在400℃煅烧,得Ni-Mg-Al-LDHs催化剂,研究其催化高酸原油酯化脱酸的效果。结果表明,反应时间为150 min,反应温度为220℃,醇/油体积比为0.05,催化剂与原油质量比为0.03时,可将原油酸度由5.82 mg KOH/g降至0.34 mg KOH/g。

LDH预处理溶胶凝胶封闭对铝合金阳极氧化膜耐蚀性的影响

目的开发一种新型LDH预处理溶胶凝胶封闭工艺,以获得高耐蚀性的封闭阳极氧化膜层。方法用LDH预处理溶胶凝胶封闭法对阳极氧化铝合金进行表面处理,采用场发射扫描电镜、原子力显微镜对封闭前后的氧化膜进行微观形貌表征,通过接触角测试评价阳极氧化膜层表面的润湿性能,通过浸泡实验、电化学阻抗谱对阳极氧化膜的耐蚀性进行研究,并与传统沸水封闭工艺进行比较。结果经LDH预处理后,膜层表面被一层致密的LDH覆盖,多孔结构和孔洞缺陷均消失。涂覆溶胶凝胶后,膜层表面均匀平整,无明显缺陷。与沸水封闭相比,LDH预处理溶胶凝胶封闭的氧化膜具有更平整均匀的表面和更低的粗糙度,接触角为92.3°,具有疏水性。在3.5%(质量分数)NaCl溶液中浸泡15 d后,膜层的低频阻抗值仍可达到6.79×10^(6)Ω·cm^(2),与传统沸水封闭法相比,高出2个数量级。膜层具有良好的长期耐蚀性,其主要机理为LDH的铝合金氧化膜空隙和表面生长出双片层状的LiAl-LDH,表面膜层更致密,片层结构在一定程度上阻挡了腐蚀溶液的入侵,同时使膜层表面存在更多的-OH基团,在溶胶凝胶封闭时提供了更多的反应位点,促进了溶胶凝胶涂层与基体之间的结合,有效阻挡了外界溶液对基体的入侵,因此延缓了腐蚀。结论LDH预处理溶胶凝胶封闭工艺提高了铝合金阳极氧化膜的致密性和表面疏水性以及膜层的耐蚀性能。

Ca-Mg-Al-LDHs制备及其煅烧产物处理高氟水的研究

以Ca(NO_3)_2·4H_2O、Mg(NO3)2·6H_2O、Al(NO_3)_3·9H_2O作为原料,通过共沉淀法成功制备了Ca-Mg-AlLDHs层状材料。该层状材料经450℃煅烧后,Ca-Mg-Al-LDHs层状结构坍塌并转变成复合金属氧化物(LDO),该材料离子吸附性能增强。比表面积和孔径分析表明Ca-Mg-Al-LDHs(450℃煅烧后)显示了微介孔特性,比表面积为201 m2/g,孔径约为18.2 nm。Ca-Mg-Al-LDHs层状材料(450℃煅烧后)处理高氟水研究结果表明吸附时间超过7 h后,氟去除率可以达到95%以上。