水滑石基多孔复合材料的制备及其对Cr(VI)的去除

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近三十年来,我国深受能源匮乏困扰,生态环境形势日益恶化,尤其是水污染治理,已成为各界的关注焦点之一。水滑石(LDHs)作为一种新型层状材料,因其廉价、绿色、可塑性强的优势,在环保领域的应用方兴未艾。同时,纳米铁基材料易与体系中物质作用,具有可磁分离、相容性好、可控光电性能及巨大的催化潜力,尤其是通过引入紫外、Fenton试剂等强化手段,生成一系列活性氧化物,能协同降解水污染物。同时兼具磁性和多孔结构的水滑石更为难得,有重要的实践价值。本论文的主要研究内容与研究结论如下:  1.水滑石/碳复合材料(LDH/C)制备及其热稳定性研究。采用水热法,在不同的水/乙二醇溶剂热环境下,可控制备了MgAl-LDH/C。优化结果得出:反应时间8h、反应温度为170oC、(Mg+Al)/葡萄糖摩尔比为2:1时、乙二醇/水溶液可以得到较优的LDH/C复合材料。以热分析动力学手段探究MgAl-LDH/C的热分解行为,得出其最概然机理函数积分式为G(α)=[-ln(1-α)]3,符合AE-3模型,表观活化能Ea=152.49kJ/mol,动力学式为dα/dT=9.572×109[-ln(1-α)]3。  2.MgFeAl-LDO多孔复合材料对Cr(VI)的去除。由前驱体MgAl和MgFeAl-LDH/C经550oC焙烧后获取多孔LDO。MgFeAl-LDO具有更大比表面积和更加发达的孔隙结构。铁掺杂比例为Fe:Al=3:2时可以获得均匀分布的磁性纳米材料。进而研究MgAl-LDO和MgFeAl-LDO对Cr(VI)的吸附性能。25-65℃,两者吸附Cr(VI)的平衡数据均符合Langmuir吸附等温方程。25℃,吸附容量分别高达173.15、212.94mg/g。计算得到吸附过程符合准二级动力学方程,以化学吸附为主。  3.以多步组装制得水滑石磁性复合碳材料Fe3O4/C/LDH,将其退火后得到的磁性复合物是一种有效的去除水溶液中Cr(VI)的吸附材料。温度从25℃提高到65℃,最大吸附容量也同步提高,实验数据符合伪二级反应动力学模型,其活化能为28.74kJ·mol–1,35℃其吸附能力为194.68mg/g。紫外和H2O2的引入,对Fe3O4/C/LDO及其吸附Cr(VI)后产物对去除罗丹明B有强的促进作用。
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