镁铝层状双氢氧化物的应用研究进展

镁铝层状双氢氧化物(Mg-Al-LDH)是一种新型的二维层状纳米材料,具有比表面积大、吸附性强、热稳定性高、循环稳定性好等特点,在能源、医药、环境等领域具有良好的应用前景,可用作催化剂、电池材料、药物载体、分析检测试剂、污水处理剂、气体吸附剂等,其制备方法主要有共沉淀法、水热法、离子交换法等,其中共沉淀法操作简单、成本低、反应条件易控制,是一种常用的制备方法。同时,Mg-Al-LDH也存在易团聚、制备过程中废液量大、再生困难等缺点,目前其实验室相关研究较多,大规模工业化应用较少,后续需努力克服其缺点,使其便于大规模工业化应用。作者系统综述了近年来国内外Mg-Al-LDH的应用研究进展,可为其相关理论及应用研究提供参考。

镁铝层状双氢氧化物/三聚氰胺磷酸盐复配阻燃剂对中密度纤维板的协效阻燃机理分析

【目的】探究镁铝层状双氢氧化物(MgAl-LDHs)与三聚氰胺磷酸盐(MP)复配阻燃剂的协同阻燃机理,为MgAl-LDHs与磷氮阻燃剂复配阻燃剂应用于阻燃纤维板制备提供理论基础。【方法】采用氧指数仪和锥形量热仪测试阻燃中密度纤维板的阻燃性能,通过氧指数、热释放速率、总热释放量、烟释放速率、烟释放总量变化和协效比计算,分析复配阻燃剂的释热性能及其在生烟特性方面的协效作用,运用热重分析、傅里叶红外光谱分析以及热重-傅里叶红外光谱联用分析技术探讨MgAl-LDHs与MP之间的凝聚相和气相阻燃机理。【结果】复配阻燃剂制备出中密度纤维板的氧指数为31.9%,复配阻燃剂在氧指数协效比计算中未表现出协效作用,而锥形量热仪协效比计算表现出协效作用,热解分析表明复配阻燃剂对木粉的阻燃效果优于MgAl-LDHs和MP单独阻燃作用。燃烧过程中MP催化MgAl-LDHs快速分解,释放大量水蒸气和CO_(2),吸收纤维板热量,降低表面温度,使燃烧难以维持,同时水蒸气和CO_(2)稀释可燃气体和氧气浓度,降低燃烧速率。复配阻燃剂的阻燃机理主要为气相阻燃,凝聚相阻燃作用不明显,气相阻燃是“冷却效应”和“稀释效应”共同作用的结果,320℃前主要为气相阻燃,380℃后复配阻燃剂进入凝聚相阻燃。【结论】MgAl-LDHs与MP复配阻燃剂的协同阻燃作用机理表现在3方面:1)温度范围增大,MgAl-LDHs低温分解,与MP复配后复配阻燃剂初始分解温度为198℃;2)MgAl-LDHs分解释放水蒸气和CO_(2),MP分解释放氨气冲淡燃烧表面可燃气体,协同发挥“稀释效应”作用;3)MP催化成炭和MgAl-LDHs高温熔融的覆盖协同作用。

镁铝层状双金属氢氧化物对Cu^2+和Cd^2+的吸收动力学研究

研究了柠檬酸盐(C6H5O7^3-)、苹果酸盐(C4H4O5^2-)和酒石酸盐(C4H4O6^2-)插层的镁铝层状双金属氢氧化物(MgAl-LDHs)对Cu^2+、Cd^2+的吸收动力学。当将MgAl-LDHs加入到恒定pH=5.0的Cu^2+和Cd^2+溶液中时,Cu^2+和Cd^2+的浓度随着温度的升高而降低。结果表明,对重金属离子的吸收主要归因于重金属离子与有机酸阴离子之间发生了螯合作用,并发现吸收速率方程取决于形成的螯合物的类型。

镁铝层状双金属氢氧化物对水体中钒吸附的性能

随着我国工业的快速发展,钒污染问题日益突出。为了更好地处理水体环境中钒污染问题,本试验采用共沉淀法合成镁铝层状双金属氢氧化物(Mg-Al LDHs),通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)3种表征手段对材料进行表征分析。结果表明,Mg-Al LDHs结构完整,结晶度较高,有良好的层状结构,符合典型的水滑石结构。另外,还对吸附剂与钒的等温吸附和吸附动力学进行了研究。等温吸附试验表明,Mg-Al LDHs对钒吸附的等温吸附曲线与Freundlich模型更为相符,对钒的最大吸附量达到394.64 mg/g,表明Mg-Al LDHs对钒的吸附行为发生了非均质分布多吸附位点吸附。吸附动力学试验表明,准二级动力学模型能够更好地描述Mg-Al LDHs对钒的吸附行为,说明吸附反应速率的控制步骤为化学反应过程。对比其他类型的吸附剂,Mg-Al LDHs对钒具有极高的吸附能力,且绿色环保,对治理阴离子形态钒污染水体具有极高的应用潜力。

镁铝型复合金属氧化物去除水体中的苯酚

采用液相共沉淀法合成镁铝型层状双氢氧化物(LDH),并在400～550℃温度条件下焙烧获得镁铝型混合氧化物(LDO)。以LDO作为吸附剂,研究其对水体中苯酚的去除作用。利用XRD、FTIR、比表面与孔结构分析仪、紫外分光光度计对实验样品进行表征分析,研究LDH焙烧温度、吸附作用时间和LDO投放量等因素对去除作用的影响。结果表明:用500℃下焙烧制备的LDO作为吸附剂,当废水中苯酚初始浓度为0.1 g/L、LDO投放量为5 g/L、吸附作用时间为4 h时,对苯酚的去除率达到67%。吸附机理是以苯酚阴离子进入LDO层间形成LDH为主,表面吸附为辅。

三维镁铝层状双金属氢氧化物对微藻的毒性影响及致毒机制

为探究三维镁铝层状双金属氢氧化物(3D-MgAl-LDH)对微藻的毒性影响及致毒机制,本研究选取小球藻(Chlorella vulgaris)和斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)作为受试藻,借助X射线粉末衍射仪、傅里叶红外光谱仪、扫描电子显微镜和激光粒径分析仪等测试技术表征3D-MgAl-LDH的组成及形貌,通过改变3D-MgAl-LDH暴露浓度、暴露时间以及溶出物质SDS浓度,明晰各因素对两种微藻的毒性影响,并测定3D-MgAl-LDH暴露后微藻的细胞结构、光合色素含量和抗氧化酶(MDA、SOD)活性以揭示其致毒机制.结果表明:1)3D-MgAl-LDH是由LDH和SDS共组成的三维花状材料.2)随3DMgAl-LDH浓度增加,两种微藻的生长抑制率均呈增加趋势(P<0.05),其中小球藻对3D-MgAl-LDH毒性影响更为敏感,而斜生栅藻对3D-MgAl-LDH毒性影响表现出更强的耐受性.3)随3D-MgAl-LDH暴露时间延长,两种微藻的生长抑制率均逐渐减小,表明微藻对3D-MgAl-LDH的胁迫作用产生抗逆性.4)3D-MgAl-LDH对小球藻和斜生栅藻的致毒机制主要包括细胞割伤、遮光效应和氧化应激.本研究结果为LDHs应用于实际废水治理的潜在风险评估提供理论依据.

镁铝层状双金属氢氧化物在化工污水处理中的应用研究

加氢脱硫碱洗装置产出的化工污水中富含多种有机污染物,PH值高、COD值高并富含多种氨氮及硫化物,对污水处理环节造成了挑战。针对该问题,本项目开展了基于镁铝层状双金属氢氧化物的化工污水处理应用研究。实验结果发现,通过40 min的工艺处理,COD值、氨氮及硫化物值均有下降。其中,对硫化物的去除率最为明显,高达77%。该研究证明了镁铝层状双金属氢氧化物对化工污水处理具有潜在应用价值,尤其是针对含硫化物高的高p H值化工污水。

镁铝氢氧化物改性生物炭对水体中氮磷的吸附效果研究

为提高硬质枣核生物炭(ZC)对水体氮磷的去除性能,采用两步溶液浸渍法制备了一组不同Mg/Al比(x)的双氢氧化物改性生物炭(ZC-x,x=2,3,4)。利用XRD、SEM/EDS、FTIR和N2吸附/脱附手段对吸附材料进行了表征。结果表明,镁铝改性剂以低结晶度层状双氢氧化物的形态负载到ZC表面;ZC-x的比表面积和孔容积均大于ZC;在30mg·L^(-1)、pH=6.5及3℃条件下ZC-3对PO_(4)^(3-)和NO_(3)^(-)的去除率最高,分别为47.5%和27.7%,具有更高的吸附速率和更强的亲和力ZC-3。研究结果为发展水体脱氮除磷碳基吸附材料及应用技术提供了实验依据。

热改性层状双氢氧化物吸附除Cr(Ⅵ)性能(英文)

通过共沉淀法制备得到镁铝层状双氢氧化物(LDHs),并在450℃高温下进行热改性处理(即C-LDHs)。系统性比较了上述两种材料除Cr(Ⅵ)的吸附动力学及等温线模型,并考察温度、p H、Cr(Ⅵ)初始浓度等重要因素对吸附效果的影响。使用XRD、SEM、FT-IR和TG-DTG等对两种吸附材料进行了表面特性表征。结果表明,热改性后C-LDHs的表面性质发生了巨大变化。但其吸附过程仍符合Langmuir吸附等温式。C-LDHs对Cr(Ⅵ)的最大吸附量为105.26 mg·g-1,远大于LDHs的吸附量(20.66 mg·g-1)。本文结果表明,对层状双氢氧化物进行经济方便的热改性可大幅度增强其对Cr(Ⅵ)的吸附性能,对层状双氢氧化物的工业化应用具有重要的参考价值。

层状双金属氢氧化物/聚乙烯醇气体阻隔薄膜材料制备及性能研究

目的 研发出一种具有优异氧气阻隔性能的柔性薄膜,其在食品包装领域具有良好的应用前景。方法 以具有生物降解性能的聚乙烯醇(PVA)为成膜基材,镁铝层状双金属氢氧化物(MgAl-LDH)为改性剂,柠檬酸为交联剂,采用流延法制备出具有优异气体阻隔性能的PVA/MgAl-LDH复合薄膜。结果 随着柠檬酸的含量的增加,复合薄膜的亲水性能逐渐增加,阻隔性能逐渐下降;随着复合薄膜中MgAl-LDH的含量的增加,复合薄膜的疏水性能和阻隔性能逐渐提高。当复合薄膜中MgAl-LDH的质量分数为1.5%时,薄膜的力学性能最好,抗拉强度为42 MPa,断裂伸长率为16.7%,此MgAl-LDH质量分数下薄膜的气体阻隔性能也最优异,气体透过量为16mL/(m^(2)·24h·0.1MPa)。结论 柠檬酸的引入增加了薄膜内部亲水基团的数量,提升了复合薄膜的亲水性能。MgAl-LDH可以减少PVA薄膜内部自由体积,提升PVA薄膜的力学性能和阻隔性能。

圆片Mg-Al双氢氧化物的制备及其对水中刚果红的去除

以水和乙醇为混合溶剂,制备Mg-Al层状双氢氧化物,样品具有单分散圆片结构.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对样品结构进行表征.进一步研究样品对水中有机污染物刚果红(CR)的吸附性能,吸附等温曲线遵循Langmuir模型,吸附动力学曲线符合准二级模型,其最大吸附量为129.87 mg/g,表明制备的Mg-Al双氢氧化物是一种高效有机染料吸附剂.最后探讨样品对刚果红的吸附机制,主要以离子交换为主.

有机改性镁铝层状氢氧化物对酸性橙Ⅱ的吸附研究

采用共沉淀法合成以十二烷基硫酸根为层间阴离子的有机改性镁铝层状双金属氢氧化物(LDHs-SDS),对其进行XRD、FT-IR表征,并研究其对水中阴离子染料酸性橙Ⅱ的吸附特性,探讨了吸附剂投加量、初始pH值、染料浓度、温度、吸附时间等因素对酸性橙Ⅱ吸附性能的影响.结果表明,LDHs-SDS对酸性橙Ⅱ染料废水具有明显的脱色效果,25℃下,0.2g·L-1和0.4g·L-1的LDHs-SDS对浓度为100mg·L-1和200mg·L-1染料的脱色率可分别达到97.41%和97.13%.在pH为3～11之间,吸附效果良好;吸附在2h内完成;LDHs-SDS对酸性橙Ⅱ的饱和吸附量为486.44mg·g-1.吸附规律较好地符合Langmuir吸附等温方程,吸附反应为吸热反应,且吸附过程符合拟二级反应动力学方程.在阴离子染料去除方面,LDHs-SDS显示出较好的应用前景.

镁系功能吸附材料研究综述

本文在分析了镁系化合物的优点的基础上,结合我国发展镁系吸附材料的优势,按照氧化镁、氢氧化镁、镁铝层状双氢氧化物以及复合吸附剂的分类,综述了镁系功能吸附材料的国内外的研究现状、分析了不足之处、提出了未来可能的研究方向。

CaMgAl-层状双氢氧化物的制备及其对刚果红的吸附性能

以CaCl2·2H2O、Mg（NO3）2·6H2O、Al（NO3）3·9H2O为原料，采用共沉淀法制备了系列镁／钙摩尔比可调的CaMgAl-层状双氢氧化物（LDH）。对合成的CaMgAl-LDH样品的性能进行了表征，结果表明：在阴离子NO3^-和Cl^-共存的溶液中，NO3比Cl^-优先进入层间，且层间NO3^-导致层间距明显增大，形成的CaMgAl-LDH产物具有良好的热稳定性。以刚果红（CR）为模拟污染物，研究了CaMgAl-LDH对水溶液中阴离子染料的吸附性能。结果表明：CaMgAl-LDH对CR的吸附行为符合准二级动力学方程，其等温吸附曲线符合Langmnir方程，对吸附过程Gibbe自由能（△G^0）、熵（△S^0）以及焓（△H^0）的计算证明对CR的吸附是自发的吸热反应。CaMgAl-LDH对CR具有优良的吸附性能，其中Ca8Mg2Al5-LDH对CR的吸附效果最好，最大吸附容量为115．5mg／g，表明制备的CaMgAl-LDH是一种具有良好应用前景的阴离子染料吸附材料。

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%。

基于MgAl-8-HQ LDH复合粒子选择性检测Fe^(3+)的荧光传感器

为实现对Fe^(3+)高选择和简便检测,基于镁铝层状双氢氧化物(MgAl LDH)层板的Al^(3+)的可调控性及易与8-羟基喹啉(8-HQ)发生配位作用,设计制备了8-HQ插层配位的高荧光性8-羟基喹啉镁铝层状双氢氧化物(Mg_xAl-8-HQ LDH),同时采用IR,XRD,UV-Vis及分子荧光光谱仪表征其结构和性能。IR分析表明8-HQ与铝离子生成C-O-Al和C-N-Al配位键;XRD揭示8-HQ插入MgAl LDH的层板间,致(003)衍射峰向2θ低角度方向移动,衍射峰强度随Mg与Al摩尔比增加而增强;因MgAl LDH层间的8-HQ与Al^(3+)配位,致8-HQ在314 nm处的吸收峰消失,同时在376 nm处出现了金属离子与配体之间的跃迁吸收峰;荧光分析表明:Mg_xAl-8-HQ LDH的荧光强度随Al^(3+)含量降低而增强,当镁铝离子物质的量之比为4∶1时,荧光强度显著强于8-羟基喹啉铝。通过研究金属离子对Mg_4Al-8-HQ LDH粒子荧光光谱的影响,发现该粒子对金属离子表现出显著的选择和差异性,尤其对Fe^(3+)具有高选择性。进一步研究[Fe^(3+)]对Mg_4Al-8-HQ LDH粒子的溶液颜色及荧光强度的影响表明:在10^(-6)~10^(-2)mol·L^(-1)内随[Fe^(3+)]增加,Mg_4Al-8-HQ LDH粒子溶液的颜色由浅黄色变成墨绿色,故可实现上述浓度范围内Fe^(3+)的比色传感;同时其荧光强度显著降低,当[Fe^(3+)]为10^(-3)mol·L^(-1)可完全猝灭其荧光,当-log[Fe^(3+)]为3~6时,-log[Fe^(3+)]与溶液荧光强度呈负相关函数关系,可实现对Fe^(3+)的高选择和灵敏性荧光传感检测,据此本实验成功建立了Mg_A Al-8-HQ LDH粒子荧光和比色双重传感检测Fe^(3+)的新方法。

MgAlZnFe-CO_3 LDHs对PBS膨胀阻燃体系性能的影响

采用恒定pH值共沉淀法在自制反应器中合成了不同原料配比的碳酸根型镁铝锌铁层状双羟基金属氧化物(MgAlZnFe-CO3LDHs),并通过熔融共混MgAlZnFe-CO3LDHs、聚磷酸铵(APP)、三聚氰胺(MA)和全降解材料聚丁二酸丁二醇酯(PBS)制备出PBS膨胀阻燃材料.采用傅里叶红外光谱(FTIR)、热失重(TG)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及元素分析(ICP)对MgAlZnFe-CO3LDHs进行了表征,并对PBS膨胀体系进行了力学性能和阻燃性能等测试.结果表明,当Mg2+,Zn2+,Al3+和Fe3+的摩尔比为9∶3∶3∶1时,合成的MgAlZnFe-CO3LDHs热稳定性最好,晶态结构规整,呈形貌规则的六边形片状;当MgAlZnFe-CO3LDHs的添加质量分数为1%时(阻燃剂的总添加质量分数为20%)时,PBS膨胀阻燃体系的极限氧指数(LOI)达到35%,垂直燃烧测试达到UL-94 V-0级别,力学性能得到较大改善.实验结果表明,低添加量的MgAlZnFe-CO3LDHs与膨胀阻燃剂(IFR)协效阻燃PBS,一方面能够改善膨胀阻燃剂恶化PBS力学性能的现象,另一方面协同效应能够明显提高PBS的阻燃性能.

SO42-对MgAl-LDHs吸附Cl-和阻锈性能的影响

通过共沉积法制备Mg Al 层状双金属氢氧化合物(MgAl LDHs),以碱性溶液模拟混凝土孔溶液通过等温吸附试验、自腐蚀电位(E )、电化学阻抗谱(EIS)研究了SO2-和Cl^-共存环境下corr 4MgAl LDHs的吸附性能及对混凝土中钢筋腐蚀的阻锈性能.此外,通过X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱( FTIR)对LDHs微结构进行观测揭示其作用机理.结果表明:MgAl LDHs对Cl^-和 SO4^2-离子的吸附过程符合 Langmuir 等温吸附模型,最大吸附量分别为 2. 853、1. 587 mmol/ g,SO4^2-的存在会抑制MgAl LDHs对于Cl^-的吸附;MgAl LDHs对钢筋具有明显的缓蚀效果,且随着SO4^2-含量的增加钢筋腐蚀先缓解后加剧;MgAl LDHs对Cl^-吸附是其缓蚀的主要原因.而随着 SO4^2-含量的增加,反应生成石膏在钢筋表面吸附是钢筋腐蚀先缓解的原因,但 MgAl LDHs会优先吸附SO4^2-导致残余的Cl^-增加,钢筋腐蚀加剧.

LDHs对碱激发矿渣模拟孔隙液中钢筋Cl^(-)腐蚀的影响

为揭示硝酸根与亚硝酸根插层镁铝层状双氢氧化物(MgAl-NO_(3)LDHs、MgAl-NO_(2)LDHs)在碱激发矿渣模拟孔隙液中对钢筋Cl^(-)腐蚀的影响,采用等温吸附、自腐蚀电位、电化学阻抗谱、动电位极化方法对比研究了焙烧还原法所制MgAl-NO_(3)LDHs、MgAl-NO_(2)LDHs的Cl^(-)吸附与对钢筋的阻锈性能,并利用X射线衍射(XRD)和傅里叶红外光谱(FTIR)观察了MgAl-NO_(3)LDHs、MgAl-NO_(2)LDHs吸附Cl^(-)前后微结构的变化.结果表明:MgAl-NO_(3)LDHs、MgAl-NO_(2)LDHs在碱激发矿渣模拟孔隙液中的Cl^(-)饱和吸附量分别为31.312、30.878mg/g,与在水泥模拟孔隙液中的Cl^(-)饱和吸附量相比更低,但其pH值降幅较小;MgAl-NO_(3)LDHs在碱激发矿渣模拟孔隙液中对钢筋的缓蚀效率为81.8%,优于在水泥模拟孔隙液中对钢筋的缓蚀效率40.3%,且MgAl-NO_(2)LDHs的缓蚀效率相比MgAl-NO_(3)LDHs更高.不同层间、竞争性阴离子的交换是导致MgAl-NO_(3)LDHs、MgAl-NO_(2)LDHs在不同模拟孔隙液中对钢筋Cl^(-)腐蚀的缓蚀效果优劣的主要原因.

南极磷虾虾肉及酶解液中痕量水溶态氟的分离分析

采用共沉淀法合成了层状镁铝双氢氧化物,经500℃焙烧后制备出层状镁铝氧化物,并将其作为分散固相萃取剂,对南极磷虾虾肉及酶解液中的水溶态氟进行预富集。建立了层状镁铝氧化物分散固相萃取—分光光度法分离分析南极磷虾肉及酶解液中水溶态氟的方法。实验考察并优化了萃取剂用量、萃取时间、样品体积、样品溶液pH、洗脱剂体积等影响萃取效率的主要因素。在最优实验条件下,氟离子在0.02~0.10μg/mL范围内吸光度与浓度呈比较良好的线性关系,相关系数为0.9992,最低检测限为0.0027μg/mL。该法用于南极磷虾虾肉及酶解液中水溶态氟的测定,回收率在90.9%~109.4%之间,结果令人满意。