镍镁铝类水滑石的超分子结构、电子性质及稳定性

以Ni2+同晶取代Mg2+的方式构建镍镁铝类水滑石(HT)的周期性计算模型,通过进行密度泛函理论计算,研究了含镍水滑石的的超分子结构、电子性质及稳定性.结果表明,随着镍离子逐渐取代镁离子,金属离子之间的平均距离逐渐减小,层间距逐渐增大,与实验结果一致.与此同时,电子逐渐从主体层板向客体阴离子传递,导致主客体之间的静电作用力及整体超分子作用力逐渐增强,结合能的绝对值逐渐增大,体系的稳定性增加.在微观结构上,电子传递行为使层板中平均金属―氧键键长逐渐减小,且金属配位角的畸变情况得到一定程度的缓解,这些变化都有利于形成更稳定的体系,说明镍铝类水滑石在理论上比镁铝水滑石更稳定.

掺镍镁铝尖晶石电子和光学性质的理论计算

采用密度泛函理论的平面波赝势方法(PW-USP)和广义梯度近似(GGA),对替代式0.086%摩尔浓度掺杂的镁铝尖晶石(Ni:MgAl2O4)的电子和光学性质进行了计算.研究结果表明掺镍镁铝尖晶石是具有2.94 eV的窄带隙半导体材料.镍掺杂具有使镁铝尖晶石在费米面附近产生杂质能级,导致光学带隙明显减小的特殊作用.通过分析掺杂晶体的光学性质发现,由于杂质镍的引入,使得可见光及近红外光谱区的吸收明显增强,而这归因于镍3d电子t2g和eg轨道间的d-d跃迁,结果与实验符合较好.

NiMgAl-HTLC的制备及其对水体富营养化的抑制性能研究

含磷废水的排放会导致水体富营养化,对生态环境安全造成威胁。本文通过正交试验,制备了一种镍镁铝类水滑石(NiMgAl-HTLC),用于吸附去除废水中的磷元素,并采用SEM、EDS、TEM、XPS及BET等手段对材料进行了表征。为揭示NiMgAl-HTLC吸附磷的机理,对吸附过程的热力学、动力学和影响因素进行了研究。采用吸附除磷后的废水培养浮萍,评价了NiMgAl-HTLC对水体富营养化的抑制能力。结果表明:NiMgAl-HTLC的最佳制备条件为n(Ni)∶n(Mg)∶n(Al)=3∶1∶3,尿素溶液用量为20 mL,反应时间为10 h,反应温度为150℃。制得的NiMgAl-HTLC纳米片厚度约10 nm,比表面积为84.98 m^(2)·g^(-1);NiMgAl-HTLC对磷的最大吸附量为61.162 1 mg·g^(-1),吸附过程更符合二级动力学和Langumir热力学模型;在吸附除磷后的废水中,浮萍繁殖速度明显更慢,NiMgAl-HTLC对水体富营养化具有明显的抑制作用。

NiMgAl-LDHs的制备及其对甲基橙的吸附性能研究

以镍、镁、铝的硝酸盐和尿素为原料,利用水热法制备了具有良好吸附性能的镍镁铝类水滑石(NiMgAl-LDHs),并研究了其对甲基橙的吸附性能。通过X-射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和傅里叶红外光谱(FT-IR)等手段表征分析了材料的结构,并探究了时间、温度、投加量、溶液浓度和pH对材料吸附性能的影响,最后研究了NiMgAl-LDHs吸附甲基橙的动力学和热力学。结果表明:实验所制备的NiMgAl-LDHs尺寸均匀,结晶度高,比表面积为84.983 m^(2)/g;酸性条件更有利于材料吸附甲基橙,当pH值为3.0,吸附剂用量为10 mg,吸附时间为45 min时,NiMgAl-LDHs对50 mL浓度为40 mg/L的甲基橙溶液的去除率为99.0%,吸附过程更符合准二级动力学模型,用Langmuir模型能更好地对吸附热力学过程进行描述,最大吸附容量为250 mg/g。因此,本文制备的NiMgAl-LDHs能够高效、快速吸附去除甲基橙,在处理印染废水方面具有一定潜力。