高比表面积水滑石材料的宏量制备及吸附性能研究

摘要

层状双金属氢氧化物（简称水滑石或LDHs）是一类新型无机二维纳米材料，在阻燃抑烟、PVC热稳定剂、红外吸收、紫外阻隔、催化、电化学储能等领域已经取得了工业化应用或表现出很好的应用前景。普通水滑石(Normal LDHs，简称N-LDHs)比表面积较小，大约为10～50 m2/g，一定程度上限制了水滑石及水滑石基复合材料的应用，尤其是在催化、吸附、电化学储能等领域。
　　本论文采用有机溶剂丙酮处理(Acetone Treatment，简称AT)的方法，制备四种水滑石AT-Mg2Al-CO3-LDHs、AT-Ni2Al-CO3-LDHs、AT-Zn2Al-CO3-LDHs和AT-Mg3Al-CO3-LDHs，通过优化制备条件，其最大比表面积分别为123.5 m2/g、254.7 m2/g、54.5 m2/g和195.0 m2/g，考虑到AT-Mg3Al-CO3-LDHs的低成本及低毒性，且不会对环境产生二次污染等优点，故本论文研究了AT-Mg3Al-LDHs的焙烧产物AT-Mg3Al-LDO对不同浓度重铬酸钾(K2Cr2O7)溶液中重金属铬Cr(Ⅵ)的吸附性能，通过ICP-AES表征技术，测得其吸附容量可达到55.91mg/g，约180 min可达吸附平衡，吸附容量是普通水滑石焙烧产物（简称N-LDO）吸附容量(23.71 mg/g)的～2.4倍，吸附平衡时间为N-LDO(1080min)的1/6，吸附效率显著提升。
　　进一步研究了丙酮处理法的工程技术问题，将高比表面积AT-Mg3Al-CO3-LDHs的制备进行了放大，通过中型反应釜装置、陶瓷膜等中试设备，实现了高比表面积水滑石材料的宏量制备，成功制备约2.7 Kg高比表面积AT-Mg3Al-CO3-LDHs，并对样品进行了一系列表征，从XRD、SEM表征结果可以看出与小试实验所制备的高比表面积水滑石结构和形貌保持一致，BET表征证明AT-Mg3Al-CO3-LDHs存在丰富的介孔结构，比表面积达到174.5 m2/g，为高比表面积水滑石材料的工业化生产提供了实践探索。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 水滑石材料的概述

1．1．1 水滑石材料的组成与结构特征

1．1．2 水滑石材料的性质

1．2 水滑石材料的制备方法

1．2．1 共沉淀法

1．2．2 成核-晶化隔离法

1．2．3 尿素分解法

1．2．4 离子交换法

1．2．5 焙烧复原法

1．2．6 原位生长法

1．2．7 模板法

1．3 水滑石材料的应用

1．3．1 催化材料

1．3．2 吸附材料

1．3．3 电化学储能材料

1．3．4 生物医药材料

1．3．5 工业化应用

1．4 前人的研究成果

1．5 论文的研究内容、目的及意义

1．5．1 论文的研究内容

1．5．2 论文的研究目的及意义

第二章 高比表面积水滑石材料的制备及吸附性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验药品

2．2．2 实验设备

2．2．3 AT-Mg2Al-CO3-LDHs的制备

2．2．4 AT-Ni2Al-CO3-LDHs的制备

2．2．5 AT-Zn2Al-CO3-LDHs的制备

2．2．6 AT-Mg3Al-CO3-LDHs的制备

2．2．7 AT-Mg3Al-LDO的吸附性能

2．2．8 表征技术

2．3 结果与讨论

2．3．1 AT-Mg2Al-CO3-LDHs

2．3．2 AT-Ni2Al-CO3-LDHs

2．3．3 AT-Zn2Al-CO3-LDHs

2．3．4 AT-Mg3Al-CO3-LDHs

2．4 高比表面积水滑石焙烧产物的吸附性能

2．5 本章小结

第三章 高比表面积水滑石材料的宏量制备及工程技术研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验药品

3．2．2 实验设备

3．2．3 表征技术

3．3 高比表面积水滑石材料制备方法的改进

3．4 高比表面积水滑石材料的宏量制备

3．4．1 水滑石浆料的制备

3．4．2 高比表面水滑石材料的制备

3．4．3 高比表面积水滑石材料的表征

3．5 水滑石材料的工程技术研究

3．5．1 原料预处理

3．5．2 高压插层组装清洁工艺

3．5．3 高压插层组装产品的表征

3．6 本章小结

第四章 结论

论文创新点

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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