ZnNiAl类水滑石的制备及性能研究

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水滑石类化合物(layered double hydroxides,简称LDHs)是一类典型的阴离子层状黏土材料,它主要包括水滑石( Hydrotalcite,HT)和类水滑石(Hydrotalcite-Like Compounds,HTLCs)两类材料。水滑石类化合物因具有独特的层状结构、层板上元素的可替换性、层间阴离子的种类和数量的可交换性、热稳定性、结构的记忆效应等特性被广泛应用于污染治理、医学、工业、农业等各个领域。但是自然界中的水滑石含量有限,且组成单一,限制了其发展,因此人工制备水滑石成为研究热点,对国民经济发展具有重要的意义。  本文采用一步水热法,水作溶剂、尿素作沉淀剂,制备出一种比表面积大、分散性良好、具有微球结构的三元ZnNiAl-LDHs,探讨了反应时间、反应温度、金属摩尔比等因素对水滑石形貌的影响,实验证明不同的实验条件对样品形貌有较大影响。将所制备的ZnNiAl-LDHs在不同条件下进行煅烧,可以制备出含有半导体材料的ZnO/NiO复合金属氧化物。采用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、比表面积分析(BET)、紫外-可见漫反射光谱(DRS)等表征方法对所合成的水滑石以及其复合金属氧化物进行结构、形貌、光学性能方面的表征。  表征结果表明ZnNiAl-LDHs具有三维球状结构,平均粒径为2 um左右,且具有较大的比表面积155.5 m2·g-1,其煅烧后的复合金属氧化物具有较窄的禁带宽度2.72 eV和更大的比表面积197.3 m2·g-1,以上特点有利于水滑石的吸附与光催化性能。  以甲基橙为模拟污染物,与 ZnAl-LDHs作对比,分析了 ZnAl-LDHs和ZnNiAl-LDHs对甲基橙的吸附性能,实验结果表明ZnNiAl-LDHs对甲基橙表现出更高的吸附性能,其吸附饱和量为329.60 mg·g-1。且ZnNiAl-LDHs对甲基橙的吸附分别符合 Langmuir等温曲线模型和准二级速率模型。将 ZnNiAl-LDHs重复回收利用4次以后,对甲基橙的去除率依然达90%以上,是一种可循环利用的性能良好的环保吸附材料。  以亚甲基蓝为模拟污染物,用氙灯光源模拟太阳光,研究了将ZnNiAl-LDHs煅烧后的复合金属氧化物的光催化性能,实验证明在煅烧温度为300℃的条件下复合金属氧化物表现出更高的活性,140 min对亚甲基蓝的降解效率达到96.8%。
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