水滑石类化合物的热解及重构性能研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:liqi1987712
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类水滑石化合物又称阴离子粘土,具有离子可交换性,又有孔径可调变的择形吸附催化性能,是一种具有广阔应用前景的层状材料。其热解后的复合金属氧化物更是在催化,吸附等领域有广泛的应用,而重构性能正是此类衍生复合氧化物的一重要性能,利用重构性能,衍生复合氧化物在一定条件下可以重新吸收阴离子和结构羟基后恢复到母体水滑石层状结构。这种性能在催化剂改性,插层化学,水处理等领域有着潜在的应用前景。本文围绕热解与重构过程研究,合成出不同M2+/M2-,不同层间阴离子,不同板层阳离子等几个系列的类水滑石,通过对焙烧过程的研究,不同重构条件的对比,结合一系列的表征,对热解过程、重构机理及重构性能的应用进行了全面的探讨。利用共沉淀法合成一系列结构相同、组成不同的类水滑石。在合成过程中,由于层间阴离子CO32-在酸性溶液中易转化为CO2逸出,所以采用恒定pH法进行合成,而其他阴离子型类水滑石均采用变化pH法合成。对合成的样品进行FT-IR及XRD表征,结果表明,板层阳离子的同晶取代难易及取代后导致层间结构紧密的程度,决定了不同比例及不同类型阳离子型水滑石的样品结晶度,而阴离子型水滑石的阴离子大小和带负电荷数与合成类水滑石的结晶度密切相关。对水滑石的热解行为进行了必要的研究。通过对TG-DTG曲线分析及XRD的物相鉴定表明,ZnAl-CO3-HTLcs热稳定性较差,在120℃左右就开始有层间水开始脱出,且只有一个明显的失重过程,在280℃左右出现最大失重量。其他类型的ZnAl-HTLcs也具有相似的热解过程。通过对NiAl-HTLcs,ZnAl-HTLcs,MgAl-HTLcs的热解过程研究表明,层板金属阳离子的不同对热解行为影响较大,主要是由于金属离子不同,M-O键强弱不同,造成板层的结构紧密度不同。以类水滑石为前驱体进行焙烧,随着焙烧温度的升高,类水滑石的特征峰消失,氧化物的衍射峰逐渐增强,800℃时,尖晶石衍射峰出现并且峰型变的尖锐。对各种重构性能的影响条件进行全面的探讨。结合各种表征手段,分析了不同M2+/M3+,焙烧温度,水热处理温度,重构介质pH值,重构次数,不同层间阴离子,不同阳离子,不同重构介质等条件对重构性能的影响。研究结果表明,类水滑石焙烧温度的选择和板层阳离子的组成元素对重构性能有决定性的作用。当焙烧温度过高,由于大量尖晶石物相存在将不利于样品重构。而金属阳离子的金属活性也是影响水滑石能否重构的重要原因,对应TG-DTG曲线,在各自的分解温度下焙烧,Zn2Al-CO3-CHTLcs和Mg2Al-CO3-CHTLcs在80℃水热处理后都可以进行重构,而Ni2Al-CO3-CHTLcs在同等条件下只有大量Al(OH)3生成。其他影响条件在一定范围改变,主要是对重构后类水滑石样品的结晶度和纯度等物性参数产生影响。对重构性能的各种影响条件的研究主要是为后续的应用实验摸索条件,并根据上述实验结论对重构机理进行的探讨。利用乙醇脱氢脱水探针反应对重构前后及多次重构样品进行催化性能表征,实验结果表明,重构过程使复合氧化物的碱性有所增强,有利于反应物转化率和脱氢反应的选择性的提高。
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