硼/锌掺杂钙铝水滑石的制备及其应用

采用共沉淀法制备了不同锌含量的硼酸三丁酯掺杂钙铝水滑石(CaAlZn-C_(12)H_(27)BO_3LDHs),并将其应用于聚氯乙烯(PVC)弹性体中,通过与无机硼酸掺混钙铝水滑石、钙铝锌水滑石进行应用对比,考察不同水滑石对PVC复合材料热稳定性、阻燃性、力学性能及不同锌含量对其残炭率的影响。结果表明:CaAlZn-C_(12)H_(27)BO_3LDHs形貌规整,峰形尖锐;随着锌含量的增加,PVC复合材料残炭率出现先上升后下降的趋势,且Ca^(2+)∶Al^(3+)∶Zn^(2+)最佳物质的量比为2∶1∶2;硼、锌离子掺杂水滑石对PVC复合材料的热稳定性、阻燃性及力学性能均优于硼酸锌/水滑石机械混合物。

钙铝水滑石的制备及其应用

层状双金属氢氧化合物(Layered double hydroxides,LDHs)俗称水滑石,是一类二维层状结构的阴离子型粘土矿物.LDHs具有良好的生物和环境相容性,易于制备,成本低,且具有可调节的层板金属元素的种类和数量、层间客体种类、颗粒尺寸和颗粒形状,在吸附、催化、生物医药等领域显示出了良好的应用前景.钙铝水滑石(CaAl-LDHs)是一种层板金属为钙离子和铝离子的水滑石,且应用广泛,吸附、催化等性能优良.目前,已经有许多研究报道了CaAl-LDHs在去除阴离子和重金属阳离子等方面的优势.因此,为了更好地开发CaAl-LDHs,本文对CaAl-LDHs及其改性材料的制备方法与应用进行了分析总结,并比较了它们的优缺点,为其进一步开发提供参考.分析现有文献可以发现:CaAl-LDHs及其改性材料的制备方法主要有共沉淀法、水热法、溶胶凝胶法、离子交换法、机械化学法,其中共沉淀法和水热法是使用较多的制备方法,而由于溶胶凝胶法、离子交换法、机械化学法在经济、环保、比表面积等方面的优势,近些年也引起了科研工作者的关注.在应用方面,相比于在生物医药、阻燃等领域的应用,CaAl-LDHs更多用于吸附和催化领域.由于单一的CaAl-LDHs存在易团聚、活性位点少、可回收性差等不足,使其很难达到较好的效果.通过改性处理可以达到增加活性位点、改善易团聚和可回收性差等目的,进而提高了其在吸附、催化等领域的竞争力.形成复合材料、煅烧、插层是当前常用的对CaAl-LDHs进行改性的方法.另外,由于多种金属之间的协同作用,在CaAl-LDHs层板引入Mg^(2+)、Mn^(2+)、Cu^(2+)、Fe^(3+)等第三种或第四种金属也是提高吸附、催化等性能的策略.加强CaAl-LDHs形成机理和循环使用研究、开发形貌和性能优异的制备方法、探索工艺制备条件和规模应用将是未来重要的研究方向.

焙烧态钙铝类水滑石的制备及其对氟的吸附性能研究

以四水硝酸钙和九水硝酸铝为原料、尿素为沉淀剂,利用微波加热、水热合成法制备了前驱体Ca⁃Al⁃LDHs,焙烧后得到钙铝类水滑石(Ca⁃Al⁃LDOs),并将其用于吸附废水中氟离子。结果表明,Ca⁃Al⁃LDOs具有明显的类水滑石层状结构;吸附材料在pH=2、F-初始浓度500 mg/g、吸附时间180 min、吸附剂添加量2.5 g/L条件下,吸附容量达到173.9 mg/g,氟去除率达到92.01%;其吸附行为符合Freundlich等温吸附模型和准二级动力学方程;吸附剂经脱附溶液处理后可再生重复利用,8次循环再生后,除氟率依旧能达到68.92%。

镍钙铝复合氧化物对废碱液催化氧化脱硫性能的研究

以过渡金属硫酸盐MSO4 (M = Ni, Cu, Mn, Co)为催化剂活性组分,以钙铝水滑石为载体,通过浸渍法负载然后通过焙烧制得非均相负载型催化剂。分别对样品进行X射线衍射(XRD),热重量分析(TG)和扫描电子显微镜(SEM)表征,分析催化剂的物相组成及其微观结构。在常温常压下,以空气为氧化剂,对含硫废碱液进行催化氧化脱硫性能的研究,分别筛选金属前驱体种类、载体含量、催化剂的添加量、催化剂焙烧、反应温度等因素对脱硫率的影响。结果表示以镍基为催化剂活性组分,钙铝水滑石为载体,通过浸渍法负载后经600℃焙烧5 h制得催化剂,负载比为3%。在鼓气量2.5 L/min,温度85℃条件下,处理初始硫离子浓度为6000 ppm,反应2 h脱硫率可达95%。催化剂重复反应12次以上,催化活性基本不变,具有很好的稳定性。

钙铝类水滑石的合成及其在PVC中的应用

在CaCl2-AlCl3-NaOH体系中,采用共沉淀法制备钙铝类水滑石。考察了反应沉淀过程的原料配比对合成水滑石结构的影响,并用XRD、IR和粒度分析等手段对合成样品进行分析和表征。结果表明:合成的钙铝类水滑石对聚氯乙烯(PVC)的热稳定性、阻燃抑烟性能有很大的提高。

钙铝和铁铝水滑石的制备及其吸附水中六价铬的性能

为寻找高效吸附水中六价铬(Cr(Ⅵ))的水滑石功能材料,以水热法制备钙铝(CaAl-LDH)和铁铝水滑石(FeAlLDH)2种吸附剂,通过X射线衍射仪、红外光谱仪、扫描电镜和比表面积测定仪研究其结构和性质,采用批次平衡实验比较研究其对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能。结果表明:CaAl-LDH和FeAl-LDH具有水滑石的特征衍射峰和介孔结构,呈六边形片状,比表面积分别为8.746、159.5 m^(2)/g;2种材料对Cr(Ⅵ)的吸附速率较快,在30 min达到平衡,且吸附过程不受溶液pH值的影响,溶液中存在的常见阴离子对Cr(Ⅵ)影响较小;吸附动力学和等温线数据分别符合拟二级动力学方程和Langmuir等温线模型,CaAl-LDH和FeAl-LDH对Cr(Ⅵ)的最大吸附量分别为34.92、51.31 g/kg。

钙铝类水滑石超稳矿化Cd^(2+)的动力学和热力学研究

通过水热法制备了SO_(4)^(2-)插层的钙铝水滑石(CaAl-SO_(4)-LDH),采用XRD,FTIR,SEM,ICP-OES等方法对制备的CaAl-SO_(4)-LDH进行表征,探究了CaAl-SO_(4)-LDH超稳矿化Cd^(2+)的动力学和热力学过程。实验结果表明,CaAl-SO_(4)-LDH对Cd^(2+)的超稳矿化过程符合准二级动力学模型,当Cd^(2+)初始质量浓度为50 mg/L时,线性相关系数为0.9981;CaAl-SO_(4)-LDH对Cd^(2+)的超稳矿化过程符合Langmuir模型,表明该矿化过程以化学作用为主,在CaAl-SO_(4)-LDH层板上发生了同晶取代;CaAl-SO_(4)-LDH对Cd^(2+)的矿化过程是一个可自发进行的吸热反应,升高温度有利于超稳矿化过程的进行。

钙铝类水滑石的清洁制备及其对甲基橙的吸附

以氢氧化钙、氢氧化铝和碳酸钠为原料,利用清洁法制备了钙铝类水滑石,并探讨了制备方法对钙铝类水滑石吸附甲基橙(MO)性能的影响。通过X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(IR)、比表面积分析仪、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)表征其组成与结构。结果表明,与传统共沉淀法相比,在相同吸附条件下,清洁法制备的钙铝类水滑石(Ca_(4)Al-LDHs-1)对MO的吸附性能更优,MO的去除率(90.4%)是共沉淀法的5.5倍。此外,Ca_(4)Al-LDHs-1对MO的吸附更符合准二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir等温方程,当MO初始质量浓度为600 mg/L时,Ca_(4)Al-LDHs-1的平衡吸附容量达545 mg/g。

钙掺杂镁铝水滑石的制备及其对PVC热稳定性的影响

采用尿素法制备钙掺杂镁铝水滑石Ca_xMg_(4-x)Al-LDHs,研究了前驱体类型、钙的含量、有机溶剂对水滑石结构和形貌的影响;采用刚果红热稳定试验和静态热老化试验测试其对聚氯乙烯(PVC)热稳定性的影响。结果表明,氯盐为前驱体制备的钙掺杂镁铝水滑石对PVC的热稳定效果优于硝酸盐;最适宜的钙掺杂物质的量比为0.6,此时PVC刚果红时间为53 min,静态热老化时间为450 min。乙二醇-水溶剂制备的水滑石可以延长PVC静态热老化时间,丙三醇-水溶剂可以延长PVC刚果红时间。

钙铝类水滑石结构与组成研究

钙铝类水滑石是一种典型层状复合金属氢氧化物,被广泛用作PVC材料的热稳定剂、建筑材料、水污染处理等领域。文章通过晶体化学理论建立Ca/Al-LDHs微观结构模型与静电作用模型,运用几何函数与晶格能Kapustinskii方程,对钙铝类水滑石的结构与热稳定性做出参数量化估算。研究结果表明,该组模型可以用于钙铝类水滑石的结构与性能的简单预测与比较,同时也能为研究新型插层Ca/Al-LDHs材料提供较有价值的参考。

水滑石表面改性对聚氯乙烯弹性体性能的影响

制备了不同改性水滑石(LDHs)应用于聚氯乙烯(PVC)弹性体,考察其对PVC弹性体的力学性能、阻燃抑烟性能、微观结构的影响。结果表明:与单独使用硅烷偶联剂和硅酸铝包覆改性方法相比,硅烷表面改性硅酸铝包覆水滑石综合效果最好;与加入未改性水滑石PVC弹性体相比,加入改性水滑石的拉伸强度提高了约30%,极限氧指数提高约4.5%,烟密度降低约23%,水滑石经过硅酸铝包覆后,其耐酸蚀性提高。

Ca-Al催化剂上甘油与碳酸二甲酯酯交换合成碳酸甘油酯（英文）

生物柴油是一种环保、可再生、使用安全、可替代石化柴油的新型液体燃料,其产量和使用范围正逐年扩大.然而生物柴油生产过程中的主要副产物甘油严重过剩,因此甘油资源化转化和利用已经成为近年研究热点.甘油可以作为一种平台化合物实现向多种高附加值化学品的转化,例如通过催化氢解合成1,2-丙二醇,通过发酵和催化氧化制备二羟基丙酮,通过脱水制备丙烯醛和羟基丙酮,通过酯交换反应生成甘油酯等.其中,以甘油为原料合成的碳酸甘油酯(GC)具有很好的工业应用前景.以碳酸二甲酯(DMC)为原料与甘油进行酯交换合成GC是近年内比较有工业发展潜力的合成路线.前期研究发现,固体碱对该反应具有很好的催化活性,而且随着催化剂碱性增强,甘油转化率明显增加,然而当催化剂(如NaO H,KOH和K2CO3等)碱性过强时,产物选择性明显降低.水滑石类化合物是一种常见的碱性温和的固体催化剂,而且其碱性与结构可以调节,因此我们选择了一种常见水滑石——水铝钙石作为本研究的重点.本文通过共沉淀法制备了一系列不同Ca/Al比(1–6)的Ca-Al水滑石,并以此作为前驱体制备了新型的固体碱催化剂.XRD结果表明,当Ca/Al比为1–6时,所有样品都出现了明显的水滑石特征衍射峰,但当铝含量过高时会出现氢氧化铝杂相.SEM结果发现,当Ca/Al=2–4时,样品中水滑石的结晶度高,有较完整的水滑石晶片,Ca/Al=6的样品中水滑石晶片较小,Ca/Al=1的样品中有明显的无定形氧化铝杂相.TG-DSC结果表明,Ca/Al=2的样品除了几个与水滑石相关的特征失重峰以外,在786 oC还检测到明显的热吸收峰,说明此时钙铝石已经发生分解,生成了单独的Ca12Al14O33晶相和氧化钙,这与SEM结果一致.这些水滑石经焙烧后用于温和条件下催化甘油与DMC酯交换生成GC的反应,发现上述催化剂对该反应具有很高的催化活性和目的产物选择性.当DMC与甘油的摩尔比为3时,70 oC反应3 h后,甘油转化率达到93%,GC选择性高于97%.表征结果显示,甘油转化率主要取决于焙烧后Ca-Al催化剂中强碱性中心数量.其中经800 oC焙烧后Ca/Al=2的样品中强碱性中心数量最多,因而表现出最高的催化活性.焙烧后催化剂中形成的Ca12Al14O33晶相在多次重复使用后仍可以稳定存在,但是表面Ca O易流失,可能会降低催化剂的重复使用活性.

EVA/PF/MFAPP/MH复合材料的制备及性能

以双酚A-双(二苯基磷酸酯)(BDP)为酸源,季戊四醇(PER)为碳源,钙铝水滑石(CaAl-LDHs)为气源并增强固炭能力,配制成新型膨胀型阻燃体系(IFR),用于乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)的阻燃。利用垂直燃烧仪(UL-94)、极限氧指数仪(LOI)、热重分析仪(TGA)、扫描电子显微镜(SEM)、万能试验机等对无卤阻燃EVA复合材料的结构与性能进行研究。结果表明,添加适量的CaAl-LDHs有固炭作用;当阻燃剂体系BDP/PER/CaAl-LDHs的添加量为50%(质量分数),质量比为1/2/22时,复合材料LOI为27,UL-94达到V-0级别,拉伸强度为10.76 MPa,断裂伸长率为96.58%;添加4%(质量分数)的PER能促进复合材料成炭且形成的炭层结构更加致密完整,使得复合材料的阻燃性能更优异。