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随着环境污染和能源危机的不断加剧,人类对环境友好型的吸附材料和高效型的储能材料的需求日益增大。而当前世界迫切需要能同时满足环境治理与新能源开发两大问题的新材料。层状双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxides,简称LDH),是一种由不同的双金属氢氧化物组成且具有层状微观结构的粘土材料,由于其独特的层状结构,以及层板上的金属离子和层间阴离子具有的可交换性,成为近年来在水环境处理和电化学能源储存等领域的研究热点。本论文采用共沉淀法分别制备了不同阴离子插层的NiFe-X-LDH(X=Cl-,NO3-,SO42-,CO32-)及La/Mo/W掺杂的NiFe-Cl-LDH,用水热法在泡沫镍上制备出La/Mo/W掺杂的NiFe-CO3-LDH阵列,通过X射线衍射仪(XRD)、傅立叶红外吸收光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱分析仪(XPS)和比表面积测试仪(BET)等对所合成的材料的结构、形貌及成分进行了表征。较系统地研究了溶液pH、反应温度、反应时间及溶液浓度等因素对NiFe-LDH吸附甲基橙和重金属Cr(VI)的影响及吸附机理;研究了La、Mo、W掺杂元素对NiFe-Cl-LDH吸附甲基橙性能的影响,通过循环伏安法、恒流充放电等测试研究了La/Mo/W掺杂的NiFe-CO3-LDH阵列的超级电容器性能。得到的主要结果如下:(1)采用共沉淀法制备了NiFe-X-LDH(X=Cl-,NO3-,SO42-,CO32-)。研究了不同插层阴离子对LDH吸附性能的影响,结果表明Cl-插层的NiFe-LDH的吸附性能最好,归结于其样品的比表面积、孔径及离子交换能力的共同作用。(2)以NiFe-Cl-LDH为吸附剂,研究了甲基橙溶液pH、反应温度及不同甲基橙溶液浓度对吸附反应的影响,并对其吸附等温线、动力学、热力学等模型进行拟合分析,得到如下结果:吸附反应的最佳溶液pH为5~6;温度的升高有利于反应的进行,该吸附反应为自发的吸热反应;以单层吸附为主,且通过Langmuir模型计算得到的理论最大吸附甲基橙量是769.23mg/g;吸附动力学过程匹配伪二级动力学模型;吸附过程可以分为外表面吸附及颗粒内扩散两个阶段。(3)以NiFe-Cl-LDH为吸附剂,研究了溶液pH、反应时间、初始浓度对重金属Cr(VI)吸附的影响。发现:吸附Cr2O7-的最适pH为5.5;吸附曲线在反应的前五分钟快速增长,随后反应变慢直到达到平衡,且浓度越高达到吸附平衡的时间越长;Cr2O7-浓度为2-4 mg/L时的吸附百分比几乎可达100%,且在初始浓度为19mg/L时的吸附量可达60 mg/g。吸附Cr2O7-的反应匹配Langmuir模型,且计算得到的最大吸附量为60.24 mg/g;伪二级动力学方程表明吸附过程是化学吸附,且颗粒内扩散模型分析的吸附过程分为外表面吸附及颗粒内扩散两个阶段。(4)基于镧(La)、钼(Mo)、钨(W)具有的性质,将其对NiFe-Cl-LDH进行掺杂,对比研究不同掺杂元素对NiFe-Cl-LDH吸附甲基橙的效果的差异。结果表明,正六价的钨掺杂的样品的吸附性能最好,归其原因为其所带电荷数较高导致层板吸附阴离子的能力增强。(5)采用水热法在泡沫镍衬底上生长了La/Mo/W掺杂的NiFe-CO3-LDH阵列,并通过一系列电化学测试对比探索掺杂对电化学性能的影响。研究发现,掺La能够抑制样品发生团聚并增大其比表面积,导致产生更多的电化学活性位点,La掺杂的NiFe-CO3-LDH阵列的电化学性能最优,其比电容在2.5 A/g时可达到1668 F/g,此外,掺La样品还表现出良好的倍率性能。以上这些结果表明,Cl-插层的NiFe-LDH在吸附染料及重金属方面具有优异的性能,可作为一种具有前景的祛除水体中污染物的材料;而掺杂会影响NiFe-LDH的吸附性能及电化学性能,W的掺杂能进一步提高吸附性能,而镧掺杂的NiFe-LDH在超电方面性能突出,可作为能源储存材料被开发应用,本文的工作为LDH的理论研究和应用开发奠定了一定的基础。