两种功能材料(LDHs、Zn3[Fe(CN)6]2)的制备及其相关性质研究

来源 :河南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:skynan2001
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功能材料是发展各种技术的基础材料,在资源、环境及社会等方面的可持续发展中都发挥着重要作用。其中,吸附材料与光致变色材料是两类具有广泛应用前景的功能材料。本文系统研究了层状双金属氢氧化物的制备方法及相关吸/脱附性能以及铁氰化锌的制备方法及光致变色性质,主要研究内容及结果如下:(1)选用目前研究广泛、具有大阴离子交换容量、环境友好的层状吸附材料LDHs,系统研究了LDHs对水中低浓度Cr(VI)的吸脱附过程及影响因素。以五种氯盐(氯化锌、氯化铝、氯化铁、氯化铜、氯化镍)为原料,采用共沉淀法合成了约30种含不同金属种类和不同金属比例的LDHs吸附材料,研究了不同金属种类和比例的LDHs对六价铬的吸/脱附能力,分析了吸脱附前后LDHs的结构和形貌变化规律,并深入探讨了气态CO2法脱附六价铬的最佳外界条件。结果表明,当锌铝比为3:1,镍铝比为3:1时LDHs对六价铬的吸附率较高,分别约为46.97%和74.82%;在压力5MPa、反应时间4h、温度为30℃的最优条件下,两种LDHs的一次脱附率分别为44.81%和10.38%。基于以上结果,得到ZnAl(3:1)-LDHs对六价铬的吸/脱附效果最好,并进一步进行了CO2连续脱附实验。经4次连续脱附,总的脱附效率可以提高到87.72%。X-射线衍射分析(XRD)、扫描式电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)表明,吸脱附前后LDHs的结构和形貌无明显变化,傅里叶变换红外拉曼光谱仪(FT-IR&Raman)表明在高压密闭体系中部分CO2形成了HCO3-和CO32-。此外,本论文还设计了一种利用高压CO2对吸附重金属残渣进行连续脱附的实验装置。以上结果对提高六价铬的一次性脱附率和总脱附率提供了一定的理论依据,同时为LDHs处理含铬废水的实际应用提供理论支持,对铬污染的解决和铬资源回收利用提供一种新思路。(2)基于不同的变色机理,目前人们已合成了许多光诱导的氰根桥联配合物,然而大多数光诱导普鲁士蓝类似物只有在低温条件下才显示出光磁性和光致变色性质,这大大限制了他们的实际应用。本文以铁氰化钾和氯化锌为原材料,采用经典共沉淀法合成了一种简单的铁氰化锌普鲁士蓝类似物,并首次发现了其在室温下的光诱导变色现象。采用多晶粉末X射线衍射仪(PXRD)、扫描式电子显微镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、紫外可见光谱分析(UV-Vis)等技术对光照前后的铁氰化锌普鲁士蓝类似物进行了表征测试,分析了其发生光诱导变色现象的机理。结果表明,在室温下,经过250~450nm波段的光照,铁氰化锌普鲁士蓝类似物(分子式为K0.26Zn2.87[Fe(CN)6]2﹒7.19H2O)表现出由黄色到蓝色的肉眼可见的变化;IR和XPS表征结果显示的光诱导变色的机理可能是CN-→Fe3+的电荷转移,基于铁氰化锌普鲁士蓝类似物的这种特殊光敏性和清晰的颜色变化,在构建室温分子探测材料、信息存储材料和具有特定光波长响应的转换装置等方面具有一定的潜在应用价值。
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