多级碱土金属硼酸盐微球可控合成、性能及应用

摘要

三维（3D）多级结构纳米材料因具有多级孔结构、比表面积高、机械性能好等优异性能而备受人们关注，目前已被广泛应用于储能、药物传输、催化、传感器、污水处理等领域。在众多三维多级结构纳米材料中，金属硼酸盐纳米材料因其组成多变及作为耐磨添加剂、光致发光基体材料、微/纳米非线性光学器件、催化剂载体、吸附质等方面展示出优异性能而一直受到人们的重视。传统基于高温的熔融盐、化学气相沉积等制备工艺具有能耗高、可控性差、量产困难等明显不足。到目前为止，可控合成三维多级碱土金属硼酸盐纳米材料鲜有报道。因此，本论文专注于通过温和水热方法可控合成3D碱土金属硼酸盐纳米材料，及在光致发光材料和染料吸附领域的潜在应用。这些3D碱土金属硼酸盐纳米材料有望促进其向催化剂载体、阻燃材料等领域拓展。
　　通过表面活性剂辅助温和水热法，首次可控合成出尺寸均匀的Ba2(B5O9)Cl·(H2O)0.5微球。系统探究了各工艺参数对水热产物组成及形貌的影响，基于此提出了可能的EDTA-2Na辅助Ba2(B5O9)Cl·(H2O)0.5微球生长机制。此外，通过Tb3+离子掺杂获得了Ba2(B5O9)Cl·(H2O)0.5:xTb3+荧光粉，实验结果表明Ba2(B5O9)Cl·(H2O)0.5:6％Tb3+荧光粉在所掺杂浓度范围内展现出较强荧光强度；将制备的Ba2(B5O9)Cl·(H2O)0.5微球应用于含Pb2+离子模拟废水(50mgL-1)处理，Pb2+离子去除率可达98％，最大吸附量(qm)为150mgg-1。研究结果表明所合成Ba2(B5O9)Cl·(H2O)0.5微球是令人满意的基质发光及重金属离子吸附材料。
　　通过表面活性剂辅助温和水热方法，成功制备了由纳米棒自组装而成的γ-BaB2O4中空微球。提出了可能的生长机制，生长机制包含EDTA-2Na辅助水热转化，自组装，择优生长和最后的奥斯特瓦尔德熟化过程。多级γ-BaB2O4中空微球具有较大比表面积(46.25m2g-1)，将其应用于含刚果红染料模拟废水(50mgL-1)处理，表现出良好的吸附效果，最大吸附量(qm)可达130mgg-1。γ-BaB2O4中空微球经随后温和的热转换(700oC，3.0h)得到了形貌保持良好结晶度较高的β-BaB2O4中空微球。此外，还成功合成出海胆状γ-BaB2O4微球、γ-BaB2O4中空多面体，以及高长径比γ-BaB2O4微米棒等特定形貌硼酸钡。
　　最后，成功合成出由纳米片自组装而成的康乃馨状Ca4B10O19·7H2O微球，初步探究了其热分解性能。将该微球应用于吸附甲基蓝溶液(100mgL-1)，发现其具有明显的吸附效果，甲基蓝去除率达到99.8％，最大吸附量(qm)可以达到248mgg-1，显示了其在废水处理方面诱人的应用前景。

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第1章 绪论

1.1 三维多级结构纳米材料

1 .2 硼酸盐纳米材料研究现状

第2章 多级Ba2(B5O9)Cl·(H2O)0.5微球可控合成、性能及应用

2.1 引言

2.2实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 多种形貌γ-BaB2O4表面活性剂辅助水热合成、性能及应用

3.1 引言

3.2实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 康乃馨状Ca4B10O19·7H2O微球可控合成、性能及应用

4.1 引言

4.2实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 论文主要结论

5.2论文创新点

5.3论文展望

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢