麦羟硅钠石/导电高分子复合材料的制备、结构与性能研究

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为了实现麦羟硅钠石(Magadiite,MAG)在高端领域的功能化应用,本论文从MAG的结构性能出发,将MAG与掺杂类导电高分子聚苯胺(Polyaniline,PANi)、聚吡咯(Polypyrrole,PPy)复合,探索了MAG在能源储存、污染物吸附等领域的应用潜力,这对MAG在功能材料领域的应用具有重要研究意义和参考价值。本论文选用盐酸溶液改性MAG得到HMAG,其与苯胺单体、过硫酸铵(Ammonium persulfate,APS)、十二烷基苯磺酸(Dodecyl benzenesulfonic acid,DBSA)制备HMAG/PANi复合材料。复合材料整体保持HMAG的rosette-like状形貌,PANi颗粒分散在HMAG层内外,颗粒明显,团聚现象减少;XRD分析表明:PANi成功插入到HMAG层板间,增大了001晶面间距,结晶度提升;FTIR分析表明复合材料中的PANi分子链上存在苯式、醌式结构的吸收峰,两者的吸收峰面积均等;基于以上结论,用XRD探索了制备工艺和反应原料比例对复合材料结构的影响:升高反应温度、延长聚合时间、增加APS、DBSA的添加量,则复合材料002、021、040晶面衍射峰强度降低,而复合材料中的PANi结晶度提升。本论文进一步研究了不同工艺条件下HMAG/PANi复合材料电导性能的变化。结果表明:在温度10-20℃,聚合时间为18h时,HMAG/PANi复合材料达到最高电导率,当APS、HMAG、DBSA添加量过多时,复合材料电导率都会下降。然而,当用氢氟酸溶液(Hydrofluoric acid,HF)破坏HMAG板层得到HMAG/PANi-HF复合材料,该复合材料的电导率要比HMAG/PANi小三个数量级,HMAG/PANi电导率提升的原因与HMAG板层阻碍分子运动和层间分子链有限聚合等作用相关。对复合材料的电化学性能进行测试,HMAG/PANi-HF的质量比电容要比HMAG/PANi大,表现出更好的双电层特性,原因是HF破坏掉HMAG层板后使得复合材料微孔增加,可容纳正负电荷空间增大,说明HMAG/PANi-HF具有应用在超级电容器电极领域的潜力。同时,本论文将MAG和PPy复合制备了MAG/PPy新型污染物吸附剂,用来去除水溶液中有毒染料罗丹明B(Rhodamine B,RB),研究其吸附性能与吸附机理。吸附试验表明:MAG/PPy复合吸附剂对RB的吸附性能要比MAG或PPy都要强,这是因为MAG/PPy的比表面积、孔容、平均孔径要比MAG、PPy大得多。当温度提高、吸附时间延长、RB浓度增加、吸附剂质量增加时,MAG/PPy的吸附量和去除率都有提升,但环境p H值过高会降低MAG/PPy的吸附量。在MAG/PPy材料中,MAG的质量分数为65%时,MAG/PPy具有最高的吸附效果。MAG/PPy吸附RB的过程遵从化学吸附机理,属于由Langmuir模型、准二级动力学方程描述的单层化学自发吸附过程。该研究扩大了MAG在污水处理领域的应用范围,对研发MAG基新型吸附剂有参考意义。
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