室温固相结合水热处理制备纳米Mg-Al层状双金属氢氧化物

采用室温固相反应结合水热处理制备了纳米层状双金属氢氧化物(LDHs)。利用X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、热重(TG-DTA)等分析方法对样品的物相、形貌、粒径、热稳定性进行了表征。研究结果表明经水热处理后,产品颗粒由不规则的团聚体转化为规则的六方形片状结构,改善了晶体结晶性能,生成了分散性良好的层状双金属氢氧化物。

Mg-Al层状双金属氢氧化物及其焙烧产物对Pb2+的吸附研究

本文采用共沉淀法合成了层状双金属氢氧化物并用X-射线粉末衍射、红外光谱等进行了表征。研究了浓度、溶液pH值以及时间等因素对层状双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxides,LDH)及焙烧产物(calcined product,CLDH)去除水溶液中Pb^2+行为的影响,并结合X-射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)手段探讨了对Pb^2+的吸附机理。实验结果表明:LDH、CLDH对Pb^2+有很强的吸附作用,CLDH的吸附能力远大于未焙烧的LDH。吸附Pb^2+后LDH的Al2p、Mg2p的电子结合能变化不大,差别在误差范围内,说明LDH对铅的吸附属非特定吸附;CLDH吸附Pb^2+后导致CLDH表面主要元素的电子结合能发生了较大的变化,即发生了化学位移,说明CLDH对铅产生了化学吸附。

表面活性剂对Mg-Al层状双金属氢氧化物生长影响

通过选择三种表面活性剂:非离子表面活性剂(聚乙烯吡咯烷酮)、阴离子表面活性剂(十二烷基硫酸钠)、阳离子表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵)制备Mg-Al-LDHs材料,研究了表面活性剂的种类、浓度等因素对Mg-Al-LDHs生长的影响.利用X射线衍射、扫描电镜、红外光谱等分析技术研究了Mg-Al-LDHs材料的结构、形貌和尺寸.初步研究了Mg-Al-LDHs生长的最佳条件.实验结果表明:表面活性剂的加入不改变Mg-Al-LDHs的层状结构,但是改变其结晶性和晶胞参数;表面活性剂浓度的增加使颗粒尺寸增大,结晶性增加;不同类型的表面活性剂使Mg-AlLDHs呈现束状、花簇状等不同的形貌.

Mg-Al层状双金属氢氧化物的合成及表征

本文以硝酸镁和硝酸铝为起始原料,以氨水为沉淀剂,通过共沉淀法得到了镁铝层状双金属氢氧化物,并用X射线衍射、红外光谱以及紫外-可见吸收光谱等方法对其结构进行表征。结果表明:采用共沉淀法得到了结晶度高,物相纯净的六方晶系镁铝层状双金属氢氧化物。同时,我们又对层状双金属氢氧化物的未来发展趋势进行了展望。

T形微反应器共沉淀法制备Mg-Al层状双金属氢氧化物及其粒径可控性

采用T形微反应器通过共沉淀法制备了Mg-Al层状双金属氢氧化物(LDHs)纳米颗粒,考察了流速、混合盐溶液浓度和温度等对产物粒径及其分布的影响.实验结果表明,所制备的LDHs样品的形貌和晶体结构与传统共沉淀法结果一致,但本方法制备的样品粒径小、分布窄.随着流速增大,温度升高,所合成的LDHs样品平均粒径减小,分布变窄;而随着混合盐溶液浓度的增大,所得LDHs样品粒径增大,分布变宽.

层状双金属氢氧化物(LDH)去除磷酸盐的性能研究

我国水体特别是湖泊的富营养化与氮磷营养盐的超标排放有关.如果集中式污水处理厂的除磷效果不理想,将易引发尾水总磷超标,因此对污水处理厂二级处理过程的效能挖潜是当下污水处理厂提标改造的重点.层状双金属氢氧化物(LDH)是新型纳米吸附剂,可实现水体中磷元素的高效去除.研究中采用共沉淀法制备Mg/Al层状双金属氢氧化物(Mg/Al-LDH)及其煅烧产物(Mg/Al-LDO),通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和Zeta电位等方法表征其组成和微观形貌,借助吸附动力学和吸附等温线探究Mg/Al-LDH和Mg/Al-LDO对磷酸盐的吸附特点和作用机理.结果表明:①当磷酸盐的初始质量浓度为10 mg/L(以P计)时,Mg/Al-LDH和Mg/Al-LDO对磷酸盐的吸附在2 h内快速增加并完成90%的吸附率,且它们的拟二级动力学模型(R^(2)值均大于0.999)比拟一级动力学模型能更好地模拟磷酸盐吸附过程,因而可以认为Mg/Al-LDH和Mg/Al-LDO的除磷过程主要通过化学吸附或化学键合来实现.②由于Mg/Al-LDH和Mg/Al-LDO的等温吸附数据更符合Langmuir等温吸附模型(R^(2)值均大于0.994),说明溶液中的磷酸根应以单分子层方式吸附在Mg/Al-LDH或Mg/Al-LDO上,它们在298 K下的最大饱和吸附量分别为84.5和122.7 mg/g.③Mg/Al-LDO在pH为3.0~11.0范围内具有的界面正电性,以及吸附磷酸盐后部分恢复原有层状结构的能力,使得Mg/Al-LDO在宽pH范围内具有比Mg/Al-LDH更强的脱磷能力.研究显示,Mg/Al-LDH和Mg/Al-LDO可实现含磷水样的高效快速去除,从而为今后市政污水处理技术的革新提供新思路.

赤泥基层状双金属氢氧化物合成工艺及应用

赤泥是铝土矿炼制氧化铝过程中产生的高碱性废料,随着铝工业的高速发展,世界范围内赤泥年排放量已严重超过环境负荷,造成了巨大的处置压力和污染风险,赤泥的高效资源化利用迫在眉睫。由赤泥制备层状双金属氢氧化物(LDH)是当前国内外重点关注的一个循环路径,具有大规模工业化潜力。文章论述了赤泥基LDH合成工艺及应用研究进展,发现其主要的合成工艺有共沉淀法、煅烧水化法和机械化学合成法,合成的赤泥基LDH类型受铝土矿成分及冶炼工艺影响显著。赤泥基LDH通常被用作吸附剂去除水体无机阴离子及捕获CO_(2),同时也是一种新型环保型无卤阻燃添加剂。赤泥基LDH还是一种优异的光催化剂,赤泥中杂质(Fe_(2)O_(3))的引入导致局部构筑异质结构,有利于光敏电子和空穴物种的分离与传递。最后文章提出如下展望:(1)在双碳目标背景下,赤泥基LDH的制备符合“循环经济”等可持续发展目标,具有实际的大规模应用潜力,未来应大力推进合成及应用方面的研究;(2)未来应重点研究如何进一步优化合成工艺,提高产率,增强可持续性(如引入其他废弃物作为二价金属源),提高合成专一性,以及如何降低赤泥基LDH在应用过程中的环境风险;(3)明晰LDH结构与应用效果的“构效关系”,针对赤泥基LDH非纯净体系这一特性,扬长避短,发挥异质结构的优势,实现更高效的应用。

锂铝层状双金属氢氧化物的制备及其锂脱嵌过程

锂铝层状双金属氢氧化物(Li/Al-LDHs)是一种适用于高镁锂比卤水中提锂的吸附剂,但其存在吸附容量偏低、吸附机理与适用条件不够清晰等问题。本工作以铝粉、氢氧化锂为原料制备Li/Al-LDHs,考察了适用条件下溶液中阴阳离子对吸附过程的影响并进行了不同溶液组成下的提锂性能测试,结合红外光谱测试和X射线光电子能谱等表征明晰了锂脱嵌机理。结果表明,Li/Al-LDHs在卤水中的最大吸附容量为8.350mg/g,阳离子选择性顺序为Li^(+)>Na^(+)>Mg^(2+)>Ca^(2+)>K^(+)。Li/Al-LDHs对Li^(+)的吸附符合Langmuir等温吸附模型和准二级吸附动力学模型,吸附过程主要是基于尺寸筛分效应进行的,Li^(+)进入吸附剂层间的空位后需要等量的阴离子(Cl^(-)、SO_(4)^(2-)等)进行电荷平衡,其吸锂容量随溶液体系总离子浓度的增加而变大,因此更适用于从高含盐量卤水中提锂。研究结果可为后续废旧金属铝制取Li/Al-LDHs用于盐湖卤水提锂提供技术参考。

多孔镍钴层状双金属氢氧化物阵列的制备及其电容性能

通过一步水热的方法在泡沫镍(NF)基底上生长了镍钴层状双金属氢氧化物(NiCo-LDHs)阵列。研究了Ni和Co的物质的量比对其晶相结构、形貌和电容性能的影响。在n(Ni)∶n(Co)=2∶2时获得高电容量和高循环稳定性的Ni_(2)Co_(2)-LDH有序致密的多孔纳米针阵列。在电流密度1 A·g^(-1)时,比电容高达2381 F·g^(-1);在电流密度10 A·g^(-1)时,电容率保持率为57.1%;4500次充放电循环后电容率保持高达60%。最后,以Ni_(2)Co_(2)-LDH@NF为正极,以活性炭为负极构建了非对称电容器。在电流密度为1 A·g^(-1)时,该非对称电容器的比容量为211.4 F·g^(-1)。在电流密度5 A·g^(-1)时,5000次充放电循环后电容保持率高达90%。在11.6 kW·kg^(-1)的功率密度下拥有73.1 Wh·kg^(-1)的能量密度。

层状双金属氢氧化物活化过硫酸盐在水处理中的应用

基于硫酸根自由基的高级氧化技术(SR-AOPs)具有宽pH耐受性、强氧化性以及方便操作性等优势而受到关注。层状双金属氢氧化物(LDHs)因其独特的层状结构优势、层板组成可调控性、结构记忆效应和阴离子可交换性等特性,在活化过硫酸盐方面表现出良好的活性和催化优势。本论文重点综述了LDHs及其复合材料作为非均相催化剂活化过硫酸盐在水污染处理领域的应用现状,最后,对LDHs催化体系持续改进以及未来研究方向进行了展望。

钴铁层状双金属氢氧化物的构筑及电催化分解水性能研究

由于与日俱增的能源污染以及不可再生化石燃料的大量消耗,探寻新的绿色清洁能源载体迫在眉睫。二维结构层状双金属氢氧化物在电催化分解水中表现出优异的电化学活性,但是导电性差、比表面小阻碍了性能的进一步提升。采用简便的水热法成功构筑了独特形貌的钴铁双金属层状氢氧化物(CoFe-LDHs),考察了催化剂电催化分解水性能。在1 mol/L KOH中,CoFe-LDHs-1∶1同时作为阴极和阳极在达到电流密度为10 mA/cm^(2)时仅需要施加1.62 V电压,在电催化分解水稳定性测试中也表现出卓越的催化稳定性,50 h的稳定性测试中没有出现明显的性能衰减。

用超声衰减谱测量层状双金属氢氧化物粒度分布的方法

层状双金属氢氧化物(LDHs)作为一种性能优良的非贵金属电催化剂,在提高析氧反应速率、降低制氢成本等方面具备巨大优势,其粒度大小直接影响催化活性位点的有效暴露面积和本征结构,很大程度上决定了LDHs电催化析氧反应的活性时间和催化效率.因此,实现对LDHs粒度分布的在线检测对LDHs的合成控制与活性提升具有重要意义.根据LDHs粒度小、形貌特殊的特点,本文建立了一种基于超声衰减谱在线测量其在悬浮体系中粒度分布(PSD)的方法,该方法在LDHs粒度表征领域的应用尚属首次.利用超声衰减谱法对LDHs悬浮体系粒度分布进行测量的最大难点是传统ECAH模型需要首先已知难以获得的体系分散相和连续相的物性参数.本文采用主成分分析(PCA)结合误差反向传播(BP)神经网络建立了预测模型,并引入遗传算法(GA)对模型进行优化,解决了超声衰减谱法的难点,通过CoFeAl-LDH悬浮体系进行了验证.结果表明,PCA-GA-BP神经网络能有效对LDHs在悬浮体系中的粒度分布进行在线预测,预测值与真实值的峰形重合度高,峰高偏差小,两者的均方误差MSE为0.1497,模型拟合优度R2=0.9768,说明该方法可作为在线测量LDHs粒度分布的有效方式.

钴铜层状双金属氢氧化物合成及其催化还原对硝基苯酚性能的研究

开发高效催化材料降解硝基有机污染物,对于推动绿色化学和化工的发展具有重要的意义。为此,研究了水浴法合成的钴铜层状双金属氢氧化物(CuCo-LDHs)将对硝基苯酚(4-NP)催化还原为对氨基苯酚(4-AP)的反应过程;通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、电感耦合等离子体光谱仪(ICP),对材料的晶体结构、表面形貌等进行了表征;同时系统性研究了催化剂用量,4-NP的初始浓度、反应温度及硼氢化钠(NaBH4)浓度对CuCo-LDHs催化还原性能的影响。研究结果表明:CuCo-LDHs在催化还原4-NP的反应中表现出较高的催化活性,且反应条件温和,产物无污染。在室温及反应时间为3 min条件下,10 mg CuCo-LDHs可将100 mL 0.10 mmol/L的4-NP有效还原,转化率可达到95%。最后对CuCo-LDHs催化还原4-NP生成4-AP的反应机理进行了分析讨论。

Mg-Al-NO_3层状双金属氢氧化物电性质研究

采用电泳法和电势滴定法测定出不同电解质 (LiCl ,NaCl和KCl)溶液中Mg Al NO3 层状双金属氢氧化物 (Mg Al NO3 LDH)颗粒的 ζ电位、等电点、永久电荷密度以及零电荷点等电化学物理量 ,探讨了电解质、pH和样品化学组成对Mg Al NO3 LDH电性质的影响 .研究发现一价阳离子Li+ ,Na+ ,K+ 对Mg Al NO3 LDH颗粒的等电点有影响 ,使等电点依次降低 ;由于永久电荷的存在 ,等电点与零电荷点不一致 .随着样品中Al含量的增加 ,永久电荷密度依次增加 ,零电荷点依次增大 。

室温固相法合成纳米Mg-Al-CO_3层状双金属氢氧化物

首次报道了室温固相法合成纳米层状双金属氢氧化物(LDH)。采用XRD、FTIR、TEM分别对样品的物相、形貌、粒径等进行了表征。结果表明,产物呈针状,长约80nm,宽约10nm。室温固相法合成纳米LDH操作简单、转化率高、污染少,产物粒径小,粒度分布均匀,无团聚现象。

层状双金属氢氧化物的改性及其在电解水中的研究进展

随着环境污染和能源危机的日益严重,寻找清洁、高效、可持续的能源已成为一个紧迫的问题。近年来,氢能作为一种高能量密度的绿色能源备受瞩目。电解水技术因具有操作简单、效率高、环境污染小等优点,成为最引人关注的大规模制氢的方法。然而,电解水技术面临反应过电位高和反应动力学缓慢的问题,降低电解水反应所需电压是实现高效制氢的关键。贵金属(如铂、铱、钌等)作为阴阳两极的基准催化剂,在电解水过程中表现出优异的催化性能,但其稀缺性和高成本严重阻碍了电解水的工业化发展。因此,开发高效、廉价且储量丰富的非贵金属基阴阳两极催化剂,对电解水技术的发展具有重要意义。层状双金属氢氧化物(LDH)是具有层状结构的新型无机功能材料,因其具有组成易调节、制备难度低、反应表面较大等优点,在电催化分解水中发挥了重要的作用。然而,LDH也存在稳定性差、层状结构易卷曲及电催化反应机理不清等问题。为解决上述问题,对LDH的层状结构和电解水的机理进行了总结,重点探讨了LDH的改性方法,包括元素掺杂、构建异质结构和杂化工程等,同时阐述了改性方法在电解水中的应用。最后,对电解水催化剂未来的发展方向进行了展望。

层状双金属氢氧化物(LDHs)对SBS改性沥青抗老化性能的影响研究

为了增强SBS改性沥青(SMB)的抗老化性能,利用层状双金属氢氧化物(LDHs)的独特结构对SMB进行改性。研究了LDHs对SMB的物理性能、高低温流变性能和化学结构的影响规律。研究结果表明:LDHs的加入有助于提高SMB的弹性性能,提升SMB的高温稳定性能;老化后,沥青分子发生氧化反应导致SMB中含氧官能团(S=O和C=O)含量增加,同时SBS分子链发生断裂引起SMB中碳碳双键官能团(C=C)含量减少,这些变化使SMB的物理性能、高温抗车辙性能和低温抗疲劳开裂性能发生劣化,导致其变硬变脆;LDHs的加入可以阻止沥青分子的氧化反应和SBS分子链断裂,减缓沥青分子的老化和SBS老化降解,减轻老化对SMB物理性能和高低温流变性能的破坏,增强SMB的抗老化能力,为建设长寿命的SMB路面提供技术支持。

层状双金属氢氧化物微观结构与性质的理论研究进展

总结了近年来理论计算方法在研究层状双金属氢氧化物(LDHs)结构与功能方面的应用现状.结合LDHs材料的结构特点,归纳了量子力学、分子力学、几何建模及物理静电模型相结合对LDHs材料进行结构模拟的思路,比较了各种方法在LDHs结构模拟上的优势及存在的不足.量子力学方法能够精确获得水滑石材料的层板构成及作用机制、简单阴离子插层水滑石主客体间的超分子作用实质以及电子性质、反应机理等方面的信息.与量子力学相比较,分子力学方法可以快速得到插层水滑石材料的层间阴离子排布及取向、水合膨胀特性及宏观力学性质等.几何模型和物理静电模型能构建直观、形象的数学模型,大大简化了计算量,因此能计算接近实际LDHs尺寸的体系,为推测LDHs结构信息提供了可能性.随着理论方法和计算机硬件水平的发展,使得计算机模拟技术逐渐成为获得LDHs材料微观结构参数、电子性质和动力学性质的一种有效手段.

层状双金属氢氧化物用于催化水氧化的研究进展

通过太阳能光解水制取能源(如氢气)是开发清洁能源的重要途径之一,而水分解的半反应——水氧化过程是整体水分解的重要环节与限速步。发展高效、稳定、易获取的水氧化催化剂是实现有效水分解的关键。层状双金属氢氧化物(layered double hydroxides,LDHs)由于其独特的二维层状结构与灵活调变的化学组成,近年来作为水氧化反应催化剂受到研究者越来越多的关注。除用于电化学水氧化的催化剂外,LDHs在光(电)催化水氧化方面也表现出独特的优势。研究者正致力于LDHs基高效水氧化催化剂的研究,取得了很好的进展。主要综述了LDHs及其复合结构在催化水氧化方面的最新研究进展,以期为水氧化催化剂的结构设计与性能增强提供新的思路。

层状双金属氢氧化物在有机污染物吸附方面的应用

层状双金属氢氧化物(LDHs)因其独特的层状结构、较高的阴离子交换容量等优点,作为吸附剂在水环境污染中的治理日益受到重视,其中有关LDHs对有机污染物吸附的研究已有广泛报道。综述了LDHs及其焙烧产物层状双金属氧化物LDO去除有机物的种类以及影响吸附和离子交换过程的各项因素,包括材料的组成和结构、pH、温度、共存竞争物质等。除此之外,还进行了LDHs去除有机污染物的机理探讨。