Mg/Fe层状双金属氧化物材料吸附U(Ⅵ)的性能及吸附机制

采用水热法制备了Mg/Fe层状双金属氧化物材料(Mg/Fe-LDHs),运用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等测试手段对Mg/Fe-LDHs材料进行了表征,并考察了其对U(Ⅵ)的吸附性能及吸附机制。材料表征结果表明,制备的Mg/Fe-LDHs结晶度较好,表面形成大量规整的片状结构,增大了吸附接触面积。Mg/Fe-LDHs对U(Ⅵ)的吸附和再生利用性能研究结果表明,反应60 min后达到吸附平衡, U(Ⅵ)吸附容量达到156.61 mg·g-1,铀吸附效率为93.97%;经过5次循环再生使用, Mg/Fe-LDHs对U(Ⅵ)的吸附率为81.53%,表明Mg/Fe-LDHs对U(Ⅵ)具有较高的吸附和循环再生性能,在废水中放射性核素铀的去除方面具有良好的应用前景。吸附等温及动力学研究结果表明, Mg/Fe-LDHs对U(Ⅵ)的吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,为单分子层化学吸附,吸附动力学更符合准二级动力学模型。Mg/Fe-LDHs吸附前后的傅立叶红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)图谱分析表明, Mg/Fe-LDHs对U(Ⅵ)吸附机制主要是其表面的-OH、层间的CO32+与U(Ⅵ)发生较强的络合作用。

机械化学法合成羟基插层Mg/Fe型层状双氢氧化物

Mg/Fe型层状双氢氧化物(LDH)是一类可有效去除水中有害组分(特别是有害阴离子)的无机吸附材料。常用的共沉淀法在合成层状双氢氧化物过程中容易产生大量碱性废水,且合成产物通常结晶度较低。本文利用改进的机械化学合成法,选取MgO和无定形态的Fe(OH)_(3)作为反应前驱物,成功制备出了羟基(—OH)插层的Mg/Fe型层状双氢氧化物(Mg-Fe-OH-LDH)。通过对合成产物的XRD、SEM、FT-IR及比表面积分析,探究了研磨时间、研磨条件及晶化时间等实验参数对产物晶体结构的影响。结果表明:在前期机械研磨过程中对MgO和无定形态的Fe(OH)_(3)混合物进行强烈的撞击和搅拌,可以诱发化学反应并合成目标产物,使用高能行星球磨仪研磨仅1.5 h即可生成高纯度的Mg-Fe-OH-LDH;晶化过程加快后期合成产物的晶粒发育,晶化48 h后的Mg-Fe-OH-LDH晶粒呈规整的薄片型,孔隙发育,且层间主要为羟基和水分子,化学结构式为Mg_(2.96)Fe(OH)_(8.94)·0.942H_(2)O,比表面积为42.8 m^(2)/g;在25℃条件下,对磷酸根和刚果红的单分子层最大吸附量分别为64.44和97.61 mg/g。综上,通过该方法可经济、高效地大批量生产Mg-Fe-OH-LDH,同时避免了掺杂可能产生二次污染的其他阴离子组分,有望应用于大规模的水污染处理。

镍铁层状双金属氢氧化物在不同pH电解液体系中的析氧反应

利用可再生电力驱动水分解提供了一种绿色和可持续的方式来生产氢气(H_(2)),而提高水分解效率的关键是开发高效的电催化剂.作为水分解反应的阴极,析氢反应(HER)仅需要两电子转移,目前的研究较为成熟.相比之下,析氧反应(OER)因涉及四个电子的转移,比HER过程更复杂.在众多析氧催化剂中,镍铁(NiFe)基电催化剂是碱性电解液体系中最佳的OER催化剂之一,然而其在中性及近中性体系中活性降低较多,从而限制了其在中性的海水电解及二氧化碳还原体系中的应用.目前,造成NiFe基催化剂在中性体系中性能较差的具体机制尚不清晰.文献报道,随着体系pH逐渐降低,NiFe基催化剂析氧性能也会随之变差;深入研究发现,碱性体系中更易于形成高价的Ni,Fe物质,但其是否对催化剂在水分解过程中有影响仍有待进一步研究.本文将电化学测试与原位光谱技术相结合,对镍铁层状双金属氢氧化物(NiFe LDH)在不同pH电解液体系中的析氧反应机理进行深入研究.电化学测试结果表明,随着pH值逐渐降低,NiFe LDH催化剂的析氧性能逐渐变差.原位表面增强拉曼光谱结果表明,不同pH电解液体系中NiOOH和“活性氧”物质的形成与施加的阳极电位有关,高价Ni物质在高pH电解液中更容易形成,而在中性及近中性体系中则需要较高的电位才可以形成.引入原位^(57)Fe穆斯堡尔谱以观察稳定阳极电位条件下Fe氧化态的变化,测试结果表明,高价的Fe^(4+)物质在碱性条件容易形成,而对于中性及近中性体系中,在高施加电位下仍旧难以形成Fe^(4+)物质.为探究高价态Ni,Fe是否影响NiFe基催化剂的析氧性能,利用电化学活化方法构筑了具有Ni^(3+)和Fe^(4+)物质的NiFe CVA_(500)(500圈CV循环)催化剂,保证其在不同的pH电解液体系中保持相同的初始反应状态.在对应pH体系中,电化学活化的NiFe CVA_(500)催化剂相较于原始的NiFe LDH性能有所提升,但在中性体系中的OER性能仍然低于碱性体系中的性能.基于电化学及原位光谱测量结果表明,Ni^(3+)和Fe^(4+)物质的形成并不是影响不同pH条件下OER性能的决定性因素.OER电化学性能、动力学研究和甲醇氧化实验结果发现,NiFe LDH在不同pH体系中的析氧反应决速步是不同的,在碱性电解液体系中,其决速步是从*O到*OOH,而中性体系中*OH的形成为决速步.综上,本文为阐明NiFe基催化剂在不同pH电解液体系中的OER反应机制提供了新的见解.

铁基层状双金属氢氧化物超级电容器电化学性能的研究

采用共沉淀法制备层状双金属氢氧化物(LDHs),通过X射线衍射(XRD),傅里叶变换红外光谱(FT-IR),扫描电镜(SEM)对其形貌与结构进行物理表征。采用循环伏安法,恒流充放电法等电化学常用方法系统地研究所组装成三电极体系超级电容器的电化学性能。该铁基超级电容器所需原料铁元素储备丰富、价格低廉,且制备方法简单,因而有望成为超级电容器制备中的备选材料。研究表明,当Ni^(2+)-Fe^(3+)层状双金属氢氧化物,镍和铁样品物质的量比为1∶1时,表现出较好的电容器性能;当电流密度为1A·g^(-1)时,其比容量达224.25F·g^(-1),并表现出良好的循环性能。

Fe_3O_4/LDHs复合结构的制备及吸附性能研究

分别采用两种方式(一步合成法和二步合成法)在Fe3O4表面生长层状双金属氢氧化物(LDHs),得到了Fe3O4/LDHs复合材料。利用X-射线衍射、电子显微分析、红外光谱和交变梯度磁强计等测试方法研究了LDHs和Fe3O4的复合方式对复合材料形貌、粒径、结晶性、磁性能和吸附性能的影响。同时对比分析了LDHs和Fe3O4/LDHs复合材料对Cr(VI)离子的平衡吸附规律。结果表明,采用一步合成法制备的Fe3O4/LDHs复合材料具有良好的磁性能和吸附性能。

Fe3O4@（DS-LDH）合成条件的优化及表征

探究Fe3O4@(DS-LDH)的最佳合成方法及合成条件。对比共沉淀法、离子交换法、焙烧还原法制备的Fe3O4@(DS-LDH)。通过DLS、Zeta电位、XRD、FT-IR、SEM、VSM等手段对样品表征分析,利用高效液相法测定载药量。采用L16(45)正交试验优化共沉淀法合成工艺,并研究Fe3O4@(DS-LDH)的体外缓释性能。结果表明,Fe3O4@(DS-LDH)的最优合成条件:n(Mg^2+)/n(Al^3+)=2,n(Mg^2+)/n(总Fe)=2,pH=10.5,晶化温度为90℃。最优条件下载药量达27.59%,Fe3O4粒径为168.25nm,Fe3O4@(DS-LDH)粒径为128.58nm。Fe3O4和Fe3O4@(DS-LDH)具有较好磁性性能。外加磁场条件下,体外缓释性能良好,12h趋于稳定,达84.65%。表明Fe3O4@(DS-LDH)是良好的磁靶向药物传送控制系统。

基于CMK-3(Au/Fc@MgAl-LDH)n纳米复合材料修饰的电化学传感器检测miRNA-21

目的基于CMK-3(Au/Fc@MgAl-LDH)n纳米复合材料修饰的电化学传感器建立一种灵敏、快速、稳定的方法用于检测miRNA-21。方法本文建立了基于有序介孔碳(CMK-3)、金纳米粒子(AuNPs)和包含二茂铁甲酸的镁铝双层氢氧化物(Fc@MgAl-LDH)纳米材料修饰的电化学传感器用于检测卵巢癌标志物miRNA-21。成功合成了CMK-3(Au/Fc@MgAl-LDH)n纳米复合材料,并对其表面形貌、元素组成和表面基团进行了表征。通过差分脉冲伏安法(DPV)对传感器进行响应信号测定,对纳米材料组装层数、底液pH值、孵育时间和温度进行了优化。结果得到最佳实验条件为:层数4层、pH=6.5、孵育时间40 min、孵育温度35℃。在最优实验条件下,检测miRNA-21的标准曲线为△I=9.939 logC+147.89,r^(2)=0.9971,在10^(-14)mol/L~10^(-9)mol/L线性范围内具有良好的响应,检出限(LOD)为0.48×10^(-14)mol/L(S/N=3)。对血清样品进行加标回收测定,回收率为94.6%~100.0%。结论该方法灵敏、准确、特异性强,可用于血清中miRNA-21的测定。