一種陰離子黏土材料的制備、改性及應(yīng)用研究.pdf

1、水滑石類化合物(HTLCs)是一類具有層狀結(jié)構(gòu)的陰離子黏土，這種物質(zhì)既具有離子可交換性又具有孔徑可調(diào)變的擇形吸附的催化性能，可廣泛的應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)藥等各個(gè)領(lǐng)域。水滑石的性質(zhì)及應(yīng)用效果與其組成、晶體結(jié)構(gòu)、合成方法緊密相關(guān)，研究水滑石結(jié)構(gòu)影響因素對(duì)其的應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。HTLCs的構(gòu)晶離子可以在很大范圍內(nèi)調(diào)變，將陰離子表面活性劑SDS作為引入HTLCs結(jié)構(gòu)層中，對(duì)有機(jī)物有很大的增溶作用；將一些具有潛在催化活性的元素(Cu、Fe等)引入

2、HTLCs結(jié)構(gòu)層中，可以獲得活性金屬離子超高分散的催化劑前驅(qū)物及其衍生混合氧化物。 本課題采用共沉淀和水熱方法合成了Mg<,3>Al-CO<,3><'2->水滑石及系列含過(guò)渡元素的CuMgAl-CO<,3><'2->、CuMgFe-CO<,3><'2->、CuMgAlFe-CO<,3><'2->類水滑石，以此為前體制備了層狀混合金屬氧化物。采用XRD、TEM、TG-DSC、FT-IR、BET和TPD等手段對(duì)材料的結(jié)構(gòu)及物化性質(zhì)

3、進(jìn)行了表征，研究了高溫水熱處理過(guò)程對(duì)鎂鋁碳酸根水滑石結(jié)晶度、晶面衍射相對(duì)強(qiáng)度、層間CO<,3><'2->陰離子的性質(zhì)以及高溫水熱處理恢復(fù)得到的鎂鋁水滑石的晶態(tài)結(jié)構(gòu)等性質(zhì)的影響，采用水溶液中對(duì)硝基苯酚的吸附模型反應(yīng)研究了SDS改性水滑石的吸附性能，采用對(duì)硝基苯酚濕式催化氧化模型反應(yīng)表征了含銅混合氧化物的催化活性，得到了性能較好的催化劑。 高溫水熱對(duì)Mg<,3>Al-CO<,3><'2->水滑石結(jié)晶過(guò)程的影響結(jié)果表明：水熱溫度低于

4、270℃，隨溫度升高，樣品結(jié)晶度增加，003、006晶面優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)，而其它高指數(shù)晶面的生長(zhǎng)變化較小。溫度高于270℃，水滑石晶體結(jié)構(gòu)開始受到破壞。d<,110>值和晶胞參數(shù)a顯示在合適的溫度范圍(270℃)內(nèi)，樣品晶體組成基本相近或相同。過(guò)渡態(tài)包籠小晶粒及水熱晶體生長(zhǎng)促進(jìn)作用造成HT樣品的比表面積、孔體積、平均孔徑隨水熱溫度增加而逐漸減少，微孔和小孔在孔結(jié)構(gòu)中的貢獻(xiàn)逐漸增加。HT樣品分解溫度在300-380℃之間，隨水熱溫度的增加，脫碳酸

5、根過(guò)程向高溫區(qū)偏移，并且分解溫度區(qū)間漸窄。水熱有利于LDO樣品的恢復(fù)，熱分解產(chǎn)生的MgO、AlO(OH)、MgAl<,2>O<,4>尖晶石相恢復(fù)進(jìn)入水滑石層間結(jié)構(gòu)的順序?yàn)镸gO>AlO(OH)>MgAl<,2>O<,4>。 水滑石的SDS改性及對(duì)硝基苯酚吸附結(jié)果表明：改性HT樣品的晶體組成基本沒有發(fā)生變化，SDS由于表面吸附作用在HT及LDO樣品上穩(wěn)定存在。LDO樣品對(duì)對(duì)硝基苯酚的飽和吸附時(shí)間約為4h，飽和吸附量約為0.74

6、g/g，反應(yīng)溫度對(duì)吸附過(guò)程影響較大，表面物理吸附是各樣品吸附對(duì)硝基苯酚的主要原理。改性HT樣品及改性LDO樣品的飽和吸附量大于HT樣品的飽和吸附量，但小于LDO的飽和吸附量。改性樣品吸附效果雖然沒有達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)預(yù)想，但在吸附劑表面反應(yīng)上部分表面活性劑，以達(dá)到對(duì)有機(jī)物的吸附增容效果是可以實(shí)現(xiàn)的。對(duì)硝基苯酚的濕式催化氧化結(jié)果表明：Cu含量<15﹪，F(xiàn)e含量<8﹪時(shí)可以制備結(jié)構(gòu)良好的CMA、CMF、CMAF水滑石，但其結(jié)晶程度受引入過(guò)渡元素極