層狀雙氫氧化物對(duì)含氧陰離子污染物的吸附性能與作用機(jī)制.pdf

1、水滑石類層狀雙氫氧化物(Layereddoublehydroxides，LDHs)，是由帶正電荷的氫氧化物層板及層間陰離子組成(分子式[M2+1-xM3+x·(OH)2]x+(An-)x/h·mH2O)，是一類合成可控且經(jīng)濟(jì)廉價(jià)的陰離子層狀納米材料。LDHs具有較高的比表面積和離子交換容量、良好的熱穩(wěn)定性及回收再生性能，其煅燒產(chǎn)物CLDHs具有“記憶效應(yīng)”，是一種優(yōu)越的環(huán)境功能吸附材料，在陰離子污染物的吸附去除中具有廣闊的應(yīng)用潛力。論文

2、評(píng)述了LDHs的合成、結(jié)構(gòu)性能及其對(duì)含氧陰離子污染物吸附作用的研究進(jìn)展;針對(duì)污染物在LDHs層間狀態(tài)及與LDHs層板之間的分子作用機(jī)制尚不清楚、LDHs吸附污染物的結(jié)構(gòu)-效應(yīng)關(guān)系及強(qiáng)化方法有待深入研究等問題，合成了一系列不同組成與結(jié)構(gòu)特征的LDHs-CO32-及石墨烯-LDH復(fù)合物(G-LDHs)樣品，利用ICP-MS、XRD、FTIR、Raman、TG-DTG、SEM、TEM手段，表征了其組成結(jié)構(gòu)、表面官能團(tuán)和微形貌;選擇典型的無機(jī)陰

3、離子ClO4和有機(jī)可離子化污染物苯酚為代表，研究了LDHs吸附去除陰離子污染物的性能及作用機(jī)理。重點(diǎn)研究了LDHs和CLDHs對(duì)ClO4-的吸附特性及作用機(jī)制，探討LDHs的層板電荷密度、空間對(duì)稱性等對(duì)其吸附性能的影響;研究在不同條件下CLDHs對(duì)苯酚的吸附性能及熱再生循環(huán)特征，比較CLDHs對(duì)無機(jī)及有機(jī)含氧陰離子污染物的吸附性能及作用機(jī)制;闡明了石墨烯對(duì)LDHs吸附性能的強(qiáng)化作用機(jī)制。論文主要結(jié)論及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)探明了

4、LDHs及煅燒產(chǎn)物CLDHs對(duì)ClO4-的吸附性能、作用機(jī)理及其構(gòu)-效關(guān)系。LDHs對(duì)ClO4-吸附性能弱（飽和吸附量為10mg/g），以外表面吸附及離子交換作用為主;CLDHs具有特殊的“記憶效應(yīng)”，對(duì)ClO4-具有很強(qiáng)的吸附能力（飽和吸附量為280mg/g），主要機(jī)制為ClO4-作為層間陰離子進(jìn)入重構(gòu)的LDHs-ClO4-、ClO4-與LDHs層板上羥基之間的氫鍵相互作用。隨M2+/M3+比值增加，LDHs層板上的正電荷密度減少，但

5、CLDHs對(duì)ClO4-的吸附能力增大，表明層板正電荷與ClO4-間的靜電吸引作用不是唯一的吸附作用機(jī)制;當(dāng)ClO4-濃度增加時(shí)，等溫吸附曲線上出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，說明ClO4-與LDHs層板之間存在多種相互作用力。M3+金屬的改變不影響LDHs中金屬氫氧化物層板的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及層板空間幾何結(jié)構(gòu)特征（以MgAl-LDHs和MgFe-LDHs為例），但因Fe3+離子的半徑大于Al3+引起M2+-M3+距離增大、電荷密度減小，進(jìn)而減弱層板正電荷與層間陰離

6、子的靜電作用，使吸附量降低(121mg/g)。M2+金屬的改變（以MgAl-LDHs和ZnAl-LDHs為例）使得層間的D3h對(duì)稱結(jié)構(gòu)與CO32-幾何對(duì)稱高度匹配，因而CO32-在ZnAl-LDHs層間具有極高的穩(wěn)定性與層間羥基以強(qiáng)氫鍵的形式結(jié)合，即使經(jīng)過煅燒也很難完全去除層間的CO32-，所以ZnAl-CLDHs對(duì)ClO4-的吸附能力極弱(11mg/g)，吸附機(jī)制以靜電作用為主。
　　(2)探明了在不同吸附條件下CLDHs對(duì)苯酚

7、的吸附性能、作用機(jī)制及熱再生循環(huán)性能。CLDHs對(duì)苯酚離子具有很強(qiáng)的吸附能力，最大吸附量可達(dá)216mg/g，苯酚陰離子作為層間離子進(jìn)入重構(gòu)的LDHs-phenol;CLDHs是一種可多次循環(huán)利用的高效吸附劑，吸附苯酚離子后形成的LDHs-phenol能通過熱處理將苯酚徹底分解去除，同時(shí)LDHs-phenol再生為CLDHs，繼續(xù)用于吸附。由于重構(gòu)的LDHs-phenol層間呈現(xiàn)富水環(huán)境，苯酚在層間傾向于與層間羥基或水分子以弱氫鍵的方式結(jié)

8、合;同時(shí)由于LDHs與有機(jī)物間的弱的相互作用，造成LDHs-phenol的層間距擴(kuò)張，進(jìn)一步吸附溶液中的苯酚離子。
　　(3)揭示了石墨烯摻入對(duì)LDHs吸附無機(jī)及有機(jī)陰離子污染物的影響機(jī)制。石墨烯的摻入有效緩解LDHs納米顆粒間的自聚積作用，提高LDHs的分散性，同時(shí)增加了LDHs微環(huán)境的疏水性，促進(jìn)了LDHs對(duì)于ClO4-的吸附（最大吸附量為410mg/g）;G-LDHs中含水量的減少，降低ClO4-在LDHs層間的水化作用，增