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硅酸镁锂复合材料作为一类新型的功能材料,在催化材料领域、环境保护领域、发光材料领域以及纳米级复合材料领域显示出广阔的应用前景。本论文以盐湖浓缩卤水的初级产品硅酸镁锂为基体,采用常规水相合成的方法制备了系列硅酸镁锂复合材料(硅酸镁锂层间无机化合物复合材料、硅酸镁锂层间无机-有机化合物复合材料)。借助X-射线衍射(XRD)分析、化学分析、比表面积测定、傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析、X-射线电子能谱(XPS)、紫外可见分光光度计和RF-5301PC荧光分光光度计等仪器对材料进行表征及其性能的测试。论文的研究内容和主要结果为:
1.对以盐湖浓缩卤水合成的硅酸镁锂的性质进行了测定,并研究了硅酸镁锂水分散体系的碱度、温度等因素对体系稳定性的影响。研究表明适量的硅酸镁锂分散到水中可形成透明、稳定性好的溶胶。温度对所形成溶胶的稳定性影响较小,但氢氧化钠的添加量对溶胶稳定性的影响较大。硅酸镁锂溶胶在紫外可见光区有一定的吸收,且吸收强度随着溶胶浓度的增大而增大。
2.以硅酸镁锂为基体,通过离子交换法制备了TiO2-硅酸镁锂复合材料。对复合材料的形成过程、机理进行研究。以亚甲基蓝为光催化降解对象,研究了复合材料对亚甲基蓝的光催化降解过程、机理。研究表明,与硅酸镁锂基体相比较,TiO2硅酸镁锂复合材料d001面的特征衍射峰向小角度方向移动,说明由于TiO2的插层导致硅酸镁锂层间距变大,复合材料的比表面积呈现增大的趋势。复合材料对亚甲基蓝的光催化性能较TiO2有明显的提高,且复合材料改变了TiO2作为催化剂存在的回收、重复利用难的问题。
3.采用层层自组装的方式制备了TiO2-硅酸镁锂复合膜,对复合膜的自组装过程以及光催化降解活性进行研究。研究表明,采用层层自组装的方式制备的单层TiO2-硅酸镁锂复合膜的厚度为70-90nm,平均厚度为80nm。复合膜紫外吸收光谱表明,所形成的复合膜厚度均匀且通过层层堆积的方式自组装在玻璃基片上。复合膜对亚甲基蓝的光催化降解性能良好,且光催化机理可用Langmuir-Hinshelwood动力学模型来描述。
4.以硅酸镁锂为基体,采用钴元素对硅酸镁锂进行插层、交联,制备了钴掺杂硅酸镁锂复合材料。对材料的制备过程以及材料对亚甲基蓝的吸附性能进行了研究。研究表明,钴通过离子交换的方式插层到硅酸镁锂层间,导致硅酸镁锂的层间距增大。复合材料对亚甲基蓝的吸附性能优良,吸附过程符合Langmuir等温吸附模型、准二级反应动力学模型,吸附为放热的、自发的物理吸附过程。吸附过程的速控步骤是由离子内扩散和膜扩散共同控制。复合材料对亚甲基蓝的吸附研究为粘土类物质在染料废水处理领域的应用提供了理论依据。
5.以硅酸镁锂为基体,采用镧系元素邻苯二甲酸配合物对其进行插层,制备了硅酸镁锂无机-有机层间化合物复合材料,并对材料的发光性能进行了研究。研究表明,复合材料中镧系元素离子的单位质量荧光强度得到了明显的提高。硅酸镁锂刚性层板状微环境与主客体间的相互作用增强了配位体的刚性以及配位体中苯环的共轭作用,使配体的三重态能级与镧系元素离子最低激发态能级之间的匹配得到了明显的改善,使配体能够有效的敏化镧系元素离子发出特征性荧光,从而使配合物的发光性能远远优于相应纯配合物。
本论文制备了多种硅酸镁锂复合材料,探索了复合材料的形成过程和机理,对复合材料的相关性能进行了测试。