ZnMnCr-LDHs的制备及其对磷酸盐吸附性能研究

以三乙醇胺为碱源,通过水热法制备了三元金属元素ZnMnCr-LDHs纳米材料,用于磷酸盐的吸附;通过使用多种表征仪器,证明纳米材料的成功制备。吸附动力学和吸附热力学结果表明,ZnMnCr-LDHs纳米材料吸附磷酸盐符合准二级动力学模型,化学吸附在吸附过程中占主导,为自发的吸热反应。考察各种条件下的吸附能力,在25℃、初始pH的条件下,向20 mL(100 mg/L)磷酸盐溶液中投加15 mg的ZnMnCr-LDHs纳米材料,对磷酸盐的去除率分别可达99.5%、99.5%、99.2%;对磷酸盐最大吸附量分别为715.2、714.8、714.7 mg/g;经过5次循环利用后,ZnMnCr-LDHs纳米材料对磷酸盐的吸附率分别为81.8%、76.4%、76.1%,循环性能较好。

ZnFe-LDHs型固井水泥H_(2)S防腐剂制备及性能评价

我国高酸性油气田资源丰富,但在开发过程中固井水泥石将长期受到H_(2)S等酸性介质的侵蚀,严重威胁到油气井的施工和安全生产。针对此问题,采用水热共沉淀法制备了ZnFe-LDHs型H_(2)S防腐剂,并将掺有优选出的ZnFe-LDHs的水泥石置于5%浓度的Na2S溶液中分别在常温及60℃下浸泡1、3、7、14、28 d,通过抗压强度测试、XRD、SEM等表征手段,分析ZnFe-LDHs对水泥石的防H_(2)S腐蚀能力和作用机理。结果表明,晶化温度为90℃下制备的Zn/Fe物质的量的比为(1~4)∶1的ZnFe-LDHs性能较好,均可提高水泥石的抗压强度,且强度随着Zn/Fe物质的量的比增加而增大,即掺加了Zn/Fe物质的量的比为4∶1的ZnFe-LDHs水泥石的作用效果最为明显,其强度增长了10.11%,而经Na2S溶液浸泡后,其早期强度降低,浸泡7 d时其强度相比于浸泡前在常温及60℃下分别增长了8.73%、4.96%,7 d后强度基本趋于稳定,这是由于ZnFe-LDHs能促进水化反应,并在浸泡后期与Na2S反应生成ZnS,提高水泥石的致密性,从而有效防止H_(2)S对水泥石的腐蚀。

MTi-LDH(M=Zn,Ni)的制备及其对乙硫醇的吸附性能研究

TiO_(2)是环境催化领域最常用、应用最广泛的催化剂之一,但其表面羟基常显酸性,限制了其在乙硫醇等酸性气体中的吸附性能。用Zn和Ni元素对其进行修饰,构建ZnTi-LDH、NiTi-LDH等钛基层状双金属氢氧化物,在对其结构特征进行表征的基础上,选择甲烷气中的乙硫醇为研究对象,研究二元的钛基层状双金属氢氧化物对甲烷气中乙硫醇的吸附作用,及层状化合物的层板和表面酸碱性等对乙硫醇吸附性能的影响。研究结果表明,采用固定床反应器动态吸附乙硫醇,发现ZnTi-LDH的穿透硫容为8.04 mg·g^(-1),而NiTi-LDH的吸附性能要优于ZnTi-LDH,其穿透硫容为13.79 mg·g^(-1)。该催化剂优异的吸附脱硫活性使其在工业应用上具有一定的前景。

LDHs覆膜改性活性炭对水中磷的吸附特性研究

采用水热共沉淀法合成两种层状双金属氢氧化物(MgAl-LDHs和MgFe-LDHs)覆膜于活性炭,并研究了其对水中磷的吸附特性。结果表明,在pH=7、温度为298.15 K、吸附时间为4 h时,MgAl-LDHs和MgFe-LDHs改性基质对磷酸盐最大理论吸附容量分别为3.158 mg/g和4.557 mg/g。吸附过程更加符合Langmuir等温模型和拟二级动力学吸附模型,以均匀单分子层化学吸附为主。当磷酸盐初始浓度为0.5 mg/L和2 mg/L时,MgAl-LDHs改性基质的饱和吸附容量接近MgFe-LDHs改性基质的2倍,MgAl-LDHs改性基质更适合作为吸附剂。LDHs改性基质吸附磷酸盐的热力学参数ΔG_(0)<0、ΔH_(0)<0,说明吸附过程是自发的放热过程,低温更有利于提高吸附效果。

螯合剂辅助法制备镁合金表面Mg-Al LDHs膜及其耐蚀性

为了降低反应能耗,利用螯合剂辅助法,通过在硝酸铝(Al(NO_(3))_(3))溶液内分别添加乙二胺四乙酸四钠(EDTA-4Na)、柠檬酸钠(SC)和酒石酸钾钠(PST)三种螯合剂制备转化液,然后将镁合金样品直接浸泡在三种转化液中,于60℃,pH值为12.0下反应9 h,即可在镁合金表面制得不同螯合剂掺杂的Mg-Al层状双氢氧化物(layered double hydroxides,LDHs)膜。通过SEM,XRD,FT-IR等分析各LDHs膜的微观形貌、物相组成和耐蚀性。结果表明:螯合剂辅助法可以在常压、60℃环境下于镁合金表面成功制得具有典型层状结构的LDHs膜;并且所得的三种Mg-Al LDHs膜均能有效提高镁合金的耐蚀性。然后通过对比研究三种不同LDHs膜层的结构性能发现:添加PST制备得到的Mg-AlPST LDHs膜致密度最高、厚度最大,可达1.4μm。三种膜层对镁合金耐蚀性的提高效果依次为:Mg-Al-PST LDHs>Mg-Al-SC LDHs>Mg-Al-EDTA LDHs;其中覆盖Mg-Al-PST LDHs膜的镁合金相比空白镁合金,其腐蚀电流密度下降约两个数量级,腐蚀总电阻上升约一个数量级。基于对所得LDHs膜的结构、性能分析可知螯合剂辅助法可在较低能耗条件下,在镁合金表面原位制备耐蚀性较好的Mg-Al LDHs膜的原因可能是:螯合剂中的羧基可加速Al^(3+)在镁基底的沉积,并促进Al^(3+)对Mg(OH)_(2)中部分Mg^(2+)的取代而形成LDHs。

Zn/Co-LDHs纳米吸附材料的制备及其对含磷废水的净化效果研究

磷是水体富营养化的主要限制因子之一,水环境中磷元素的去除对于水体富营养化治理具有重大意义。类水滑石及类水滑石化合物具有较大的比表面积、较好的再生性和优越的阴离子吸附性,是优良的吸附材料。本文以硝酸锌和硝酸钴为原料,采用水热法成功制备了一种新型的Zn/Co-LDHs纳米吸附材料,使用SEM、XRD、IR、BET对新吸附材料进行了表征,并进行了含磷废水的吸附试验,考察了材料投加量、磷酸根离子浓度、吸附时间对吸附效果的影响,得到如下结论:Zn/Co-LDHs纳米材料具有典型的类水滑石结构和较大的比表面积;Zn/Co-LDHs对磷酸根的吸附等温线符合Langmuir和Freundlich吸附等温模型;吸附动力学过程符合准一级动力学模型;在温度25℃、Zn/Co-LDHs投加量1.0 g/L、磷酸根离子浓度10 mg/L、吸附时间30 min的条件下,Zn/Co-LDHs材料对废水中磷的最大吸附量为6.3 mg/g。

ZnCuNi-LDHs的制备及其对MO吸附性能研究

以硝酸锌、硝酸铜和硝酸镍为原料,三乙醇胺为碱源,采用水热合成法制备出3种ZnCuNi-LDHs复合纳米材料,并用于染料废水甲基橙中阴性离子的吸附研究。结果表明,ZnCuNi-LDHs吸附甲基橙符合准二级动力学模型,吸附反应为化学吸附,自发放热反应。考察各种条件下的吸附能力,在25℃、初始pH的条件下,向20 mL(20 mg/L)甲基橙溶液中投加25 mg 3种ZnCuNi-LDHs,对甲基橙的去除率可分别达98.5%、94.7%、92.4%;对MO最大吸附量分别为1163、1230、1712 mg/g;经过3次循环利用后,Zn-Cu-Ni-LDHs对甲基橙的吸附率仍分别可达71.5%、61.2%、50.6%。

ZnAl-LDHs覆膜改性湿地基质强化氮磷吸附性能

传统湿地基质存在吸附作用单一的缺陷,采用LDHs覆膜定向改性具有一定氨氮吸附优势的人工湿地基质,通过冷场发射扫描电镜、X射线衍射仪对改性基质进行物理表征,研究无机磷(In-P)溶液初始浓度、吸附时间等因素对改性基质吸附In-P的影响,结合吸附等温线和吸附动力学分析除磷特性及吸附机理。结果表明,ZnAl-LDHs改性蛭石拟合得到的最大吸附量达74.239 mg/g,高于同类改性的沸石(4.133 mg/g)和砖渣(11.937 mg/g);吸附强度和吸附容量(K f=5.022)均大于改性沸石(0.633)和改性砖渣(0.971);ZnAl-LDHs改性基质对In-P的吸附动力学与准二级动力学模型拟合度(R2>0.980)更高,以化学吸附为控制步骤的吸附过程为主。利用蛭石进行ZnAl-LDHs覆膜改性可实现氨氮与In-P的同步高效吸附,有望弥补传统人工湿地基质吸附功能单一的不足。

等离子体辅助制备炭布负载大层间距NiCoAl-LDHs及其电化学去离子性能

电容去离子技术近年来被认为是一种新兴的海水淡化技术,尤其在苦咸水范围内具有经济节能的特点。然而,目前关于除氯电极的研究较少,同时缓慢的除盐动力学也制约了除氯电极的发展。本工作通过在表面酸处理后的柔性炭布(ACC)上原位生长层状氢氧化物NiCoAl-LDHs纳米片阵列并进行Ar等离子体处理,制备了具有扩大层间距的Ar-NiCoAl-LDHs@ACC材料。炭布基底抑制了NiCoAl-LDHs纳米片的团聚并提高了电导率,Ar等离子体处理则进一步扩大了NiCoAl-LDHs层间距并改善了亲水性,提供了快速的氯离子扩散通道,并释放了更多的层间活性位点,实现了高除盐动力学。将Ar-NiCoAl-LDHs@ACC作为除氯电极与活性炭组装了混合式电容去离子器件。在1000 mg L^(-1)NaCl溶液及1.2 V工作电压下,除盐容量可达到93.26 mg g^(-1),除盐速率可达到0.27 mg g^(-1)s^(-1),电荷效率高达0.97。在300 mg L^(-1)NaCl溶液及0.8 V工作电压下,经100次循环后容量保持率仍在85%以上。本工作的制备策略为大层间距二维金属氢氧化物材料的可控制备和高性能电化学除氯电极的设计构建提供了新思路。

不同镁铝比LDHs对钢筋阻锈性能的影响

为了探究镁铝比对MgAl型层状双金属氢氧化物(MgAl-LDHs)的晶体结构、阴离子控释能力及阻锈效果的影响规律,本文采用共沉淀法合成了镁铝摩尔比为2∶1、3∶1和4∶1的MgAl-LDHs,利用XRD和FTIR分析了合成样品的物相组成,并通过氯离子吸附和电化学试验研究了合成样品的氯离子吸附性能及其在模拟混凝土孔溶液中对钢筋的阻锈性能。结果表明,随着镁铝摩尔比从2∶1增至4∶1,LDHs的层间距从0.888 nm降低至0.796 nm,LDHs负载阴离子数减少,氯离子吸附能力降低。掺有Mg_(2)Al-NO_(3)^(-)、Mg_(3)Al-NO_(3)^(-)和Mg_(4)Al-NO_(3)^(-)组的临界氯离子浓度分别为0.16、0.14和0.14 mol/L,分别比空白组的临界氯离子浓度(0.10 mol/L)提高了60%、40%和40%。

在干湿循环下CaFe-LDHs掺合料对混凝土试块的抗硫酸盐侵蚀研究

通过化学共沉淀法制备出Ca Fe-LDHs,并用于硫酸盐的吸附及混凝土试块的抗硫酸盐侵蚀研究。吸附试验表明,CaFe-LDHs对硫酸的吸附过程符合拟一级动力学模型和Langmuir模型,这说明CaFe-LDHs对硫酸盐具有更好的吸附性能。在抗硫酸盐侵蚀试验表明,混凝土试件的抗压强度随Ca Fe-LDHs掺量的增加而增加,且随着干湿循环的次数增加而先增加后减少。硫酸盐深度分布曲线表明,随着掺合料的增加能够有效地延缓硫酸盐对混凝土试块的侵蚀,并说明CaFe-LDHs作为掺合料能够有效地降低硫酸盐对混凝土试块的侵蚀。

3种方法制备NiCoCr-LDHs对MO的吸附性能研究

使用尿素水解法(Urea)、恒定pH共沉淀法(CC-H)、超声共沉淀法(U-H)制备了新型NiCoCr-LDHs吸附剂,研究其在各种因素条件下对甲基橙染料废水的吸附性能的影响,并对3种NiCoCr-LDHs吸附实验的结果进行分析与评价。结果表明:不同方法制备3种NiCoCr-LDHs吸附行为均符合Langmuir等温吸附和准二级动力学模型,表明3种材料是以单层吸附和层间离子交换为主。Urea、CC-H、U-H制备材料的最大吸附容量分别为355、390和278 mg/g,不同制备技术使3种吸附剂在表面结构、比表面积等方面有较大区别,最终导致在吸附过程中最大吸附量有显著差别,并简要分析了其吸附机理。

LDHs衍生阵列催化剂在吸收增强式甘油水蒸气重整制氢的应用前景展望

对吸收增强式甘油水蒸气重整(SESRG)制氢反应网络及热力学特性、Ni-Ca基催化-吸收双功能催化剂研究进展及面临的挑战进行归纳总结,系统分析Ni基催化位点、Ca基吸附位点失活机理及改性手段。结合层状双金属氢氧化物(LDHs)材料和阵列催化剂独特的结构优势和物化特性,提出设计研发LDHs衍生阵列催化剂是提高Ni-Ca双功能催化剂反应活性和稳定性的有效手段,并对其在甘油高效稳定制氢领域发展前景进行展望。

ZnMnCo-LDHs的制备及其对磷酸根废水吸附性能研究

采用水热法合成三元过渡金属ZnMnCo-LDHs纳米材料,探究Co元素的含量对磷酸根废水吸附性能的影响。在温度100℃、2 h、1 mL三乙醇胺的条件下,制备不同比例ZnMnCo-LDHs纳米材料,以浓度为100 mg/L的KH_(2)PO_(4)溶液模拟含磷废水测试材料的吸附性能。利用SEM、XRD和FT-IR等技术表征。结果表明:3种ZnMnCo-LDHs纳米材料均为片层状结构,层间插层离子为NO-3。随着Co含量的增加,ZnMnCo-LDHs片状的厚度逐渐变薄,证明Co含量的增加对片状结构具有调控作用。3种ZnMnCo-LDHs纳米材料对磷酸根废水的最大吸附量分别为738.14、732.69、709.6 mg/g。吸附等温线符合Freundlich模型;吸附动力学符合准二级动力学;吸附热力学得出为自发进行的吸热反应。ZnMnCo-LDHs纳米材料经过6次循环性能的测试,去除率仍保持在80%以上,具有良好的循环性能。

MgBi-LDHs和NiBi-LDHs光催化降解罗丹明B性能

通过共沉淀法制备MgBi-LDHs和NiBi-LDHs两种光催化剂,采用紫外可见分光光度计对催化剂进行表征分析,并探究了溶液初始pH值、催化剂物质的量之比和光照类型对罗丹明B(RhB)降解效果的影响;采用扫描电子显微镜(SEM)对材料进行形貌和元素分布进行分析。实验结果表明:溶液初始pH值为6时,在长弧氙灯照射条件下,光照4 h,Mg-Bi(3∶1)降解效果最佳,去除率达91.24%;在紫外高压汞灯照射条件下,光照4 h,Mg-Bi(5∶1)降解效果最佳,去除率达92.16%。该光催化剂的制备为降解罗丹明B提供了一种廉价、简便的措施,对其他高效光催化剂的合成具有一定的指导意义。

电絮凝产Zn-Al LDHs原位水处理技术研究

本文通过电絮凝法原位产Zn-Al LDHs吸附剂,原位吸附处理废水,考察了Zn-Al LDHs对以甲基橙(MO)为代表的有机难降解物质的吸附能力。实验结果表明,通过电絮凝法原位产生二价金属离子Zn2+,外部投加三价金属离子Al3+的体系能原位产生纯度较高的Zn-Al LDHs吸附絮体用于废水处理。研究发现,当Zn/Al摩尔比为1/0.5,电流密度为5 A/m2,溶液的初始pH为8,反应时间10 min时,Zn-Al LDHs对MO的去除率能够达到99.3%±0.3%。另外,通过XRD、SEM以及FT-IR等手段对该体系下产生的吸附絮体进行表征,证实了Zn-Al LDHs絮体对目标污染物有着较高的吸附能力。

Ca-Al-LDHs固体碱催化羟甲基化反应制备2-硝基-2-甲基-1-丙醇的研究

采用共沉淀法制备了一系列Ca-Al-LDHs固体碱催化剂用于非均相催化合成2-硝基-2-甲基-1-丙醇。利用XRD、SEM、XPS、CO_(2)-TPD、FT-IR、BET等分析手段对Ca-Al-LDHs的结构特性、金属价态、碱性强度与催化性能构效关系进行表征,通过2-硝基丙烷与甲醛羟甲基化反应评价了Ca-Al-LDHs固体碱催化剂的催化性能,并对2-硝基-2-甲基-1-丙醇的制备工艺进行了优化。结果表明,所制备的固体碱催化剂表面存在大量强碱性活性位点,并且存在一种新的晶格结构(Ca12Al14O33),该结构的存在提高了该催化剂对羟甲基化反应的催化性能;在温度为70℃、反应时间为2 h、n(甲醛)∶n(2-硝基丙烷)=2∶1、m(催化剂)∶m(甲醛)=3∶10的反应条件下,2-硝基丙烷的转化率为96.2%,2-硝基-2-甲基-1-丙醇选择性为99%。催化剂重复使用20次后,产品收率仍能达到60%以上。

规整Mn-Zn-Mg-Al-CO_3四元LDHs层状材料的水热合成、结构及性能

以Mn(NO3)2.6H2O、Zn(NO3)2.6H2O、Mg(NO3)2.6H2O和Al(NO3)3.9H2O为原料,采用水热合成法,一步合成了Mn-Zn-Mg-Al-CO3四元LDHs层状材料。采用ICP、元素分析仪、XRD、FTIR、TG-DSC、SEM、低温氮吸附-脱附等对样品进行了表征。探讨了pH值、反应温度、反应时间和原料配比对Mn-Zn-Mg-Al-CO3四元LDHs层状材料合成的影响。结果表明,在pH=10、反应温度控制在140℃、反应时间为24 h的条件下,可以合成出结构规整、晶形良好、各层间排列紧密有序的含不同比例金属阳离子的Mn-Zn-Mg-Al-CO3四元LDHs层状材料。其吸附等温线符合V型吸附,H3滞后环,晶体内层间存在2 nm以上的孔,晶体内部结构的有序性高,层间碳酸根离子的排列整齐,通道内孔密度大、孔径小、比表面积大。

两级反应器制备Zn^(2+)原位掺杂型LDHs纳米晶

采用两级反应器,将盐溶液MgCl2.6H2O、AlCl3.6H2O、ZnCl2.6H2O和沉降剂Na2CO3、NaOH进行反应成功制备出Zn2+原位掺杂型LDHs纳米晶。采用XRD、TEM、TG分析了Zn2+掺杂对MgAl-CO3LDHs晶体结构、形貌与热稳定性的影响。结果表明:当[Mg2++Zn2+]/[Al3+]=2,[Mg2+]/[Zn2+]=4时,对MgAl-CO3LDHs晶体结构影响最小,此时晶体形貌也相对较规则;原位掺杂后,95℃晶化2 h为最佳晶化时间;Zn2+掺杂LDHs纳米晶在0～450℃范围内热稳定性降低,在450～550℃范围内热稳定性提高,且残渣量由46.57%提高到58.58%。

Zn^(2+)-Ni^(2+)-Fe^(3+)-LDHs新型催化剂的制备及其酸性研究

以Ni(NO3)2?6H2O、Zn(NO3)2?6H2O、Fe Cl3?6H2O为原料,采用均相沉淀法制备了层状形貌的Zn^(2+)-Ni^(2+)-Fe^(3+)-LDHs催化剂材料。吡啶作为分子探针,通过原位红外技术对Zn^(2+)-Ni^(2+)-Fe^(3+)-LDHs的酸性中心和酸量进行了研究。研究表明该材料同时存在路易斯酸(L酸)和布朗克(B酸)酸性中心,其酸量分别为4.4 mmol/g、2.6 mmol/g,L酸酸强度强B于酸。