層狀氫氧化物的吸-脫附行為及催化性能研究.pdf

1、層狀氫氧化物包括層狀多金屬氫氧化物和單一金屬氫氧化物，其中的金屬元素具有優(yōu)越的可調控性，包括普通金屬、過渡金屬和稀土金屬等。由于層狀氫氧化物結構和性質的特殊性，即融合了二維層狀納米材料和金屬離子兩者的優(yōu)點，在吸附、分離、催化、生物和光電磁等領域被廣泛的應用。本論文基于兩種層狀氫氧化物，即層狀雙金屬氫氧化物（水滑石）和層狀單一稀土金屬氫氧化物，分別系統(tǒng)地研究了它們的吸附、催化性能以及在分析領域的應用。具體研究內容如下：
　　(1)以

2、層狀雙金屬氫氧化物（碳酸根插層的水滑石）為吸附劑，通過靜電吸引作用表面吸附陰離子染料（甲基橙）。以聚合物聚乙烯亞胺為脫附劑，研究甲基橙的脫附行為。實驗結果表明，在不同的pH值條件下，聚乙烯亞胺都能夠將甲基橙從水滑石表面脫附下來。脫附機理研究證明，在低pH值條件下(＜9.5)，質子化的聚乙烯亞胺通過靜電吸引作用將負電性的甲基橙從碳酸根水滑石表面脫附下來;在高pH值條件下(＞9.5)，脫附機理源于兩種作用力的協(xié)同作用:1）甲基橙的磺酸根官能

3、團和電中性的聚乙烯亞胺的氨基官能團之間的氫鍵作用力，2）溶液中大量存在的氫氧根與碳酸根水滑石表面吸附的甲基橙之間的離子交換作用。連續(xù)五次吸附-脫附循環(huán)利用之后，再生的碳酸根水滑石仍然能保持80％的吸附率，遠高于0.1 M NaOH溶液作為脫附劑時水滑石的再生吸附率。聚乙烯亞胺作為一種新型、有效的脫附劑，為解決水滑石表面陰離子吸附-脫附問題開辟了新的途徑。
　　(2)以水滑石為主體，將碳源（檸檬酸鈉）和表面活性劑（十二烷基硫酸鈉）作

4、為客體共同插入水滑石層間，再原位水熱合成有機改性的水滑石-石墨烯量子點復合型吸附劑，研究其對非離子型有機分子（2，4，6-三氯苯酚）的吸附性能。實驗結果表明，有機改性的水滑石-石墨烯量子點復合物對2，4，6-三氯苯酚表現出優(yōu)異的吸附性能(119 mg/g)，并且吸附行為符合Langmuir吸附等溫線和擬二級動力學模型。吸附機理研究證明，吸附性能提升的原因來自于復合物層間的石墨烯量子點和十二烷基硫酸鈉對2，4，6-三氯苯酚的協(xié)同吸附效應，

5、即石墨烯量子點和2，4，6-三氯苯酚之間的氫鍵作用力和π-π相互作用以及十二烷基硫酸鈉的疏水長鏈和2，4，6-三氯苯酚之間的疏水相互作用。因此，這種新型復合吸附劑不僅可以應用于吸附其他非離子型有機分子，而且為開發(fā)基于有機改性水滑石和石墨烯量子點的復合型吸附劑提供了新的思路。
　　(3)以層狀單一稀土金屬氫氧化物(Y-NO3-LRHs)及其煅燒產物(Y2O3)作為催化劑，研究其表面化學吸附氧對催化發(fā)光選擇性的影響。實驗結果表明，Y-

6、NO3-LRHs只對乙醚有催化發(fā)光信號，表現出特異的選擇性;然而Y2O3則能催化氧化多種揮發(fā)性有機化合物產生光信號。機理研究證明兩種催化劑的催化發(fā)光選擇性差異來源于二者表面化學吸附氧量的不同。對于表面有較少化學吸附氧的Y-NO3-LRHs，只有乙醚能被催化氧化至乙醛的電子激發(fā)態(tài)中間體（CH3CHO*），當CH3CHO*由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時以輻射躍遷的形式發(fā)射出光;但是Y2O3表面有足夠多的化學吸附氧，不僅能夠將乙醚催化氧化至CH3CHO*