论文部分内容阅读
水滑石(Layered Double Hydroxides,LDHs),是一类重要的层状无机晶体新型材料,具有热稳定性、层间阴离子可交换、记忆效应等性质,己经在吸附、催化和医药等领域得到广泛应用。碳量子点(Carbon Dots,CDs)和石墨烯量子点(Graphene Quantum Dots,GQDs)都是碳基量子点家族的成员。碳量子点是尺寸小于10nm的荧光碳纳米颗粒,具有光学性能稳定、含有丰富含氧官能团(-OH,-COOH和-C=O等)、易于制备和功能化修饰、比表面积大、毒性低,成本低廉和反应条件温和等特点。石墨烯量子点具有更大比表面积和良好的生物相容性。CDs和GQDs表现出了优异的催化性能,而且在吸附领域也具有很大的潜力。本课题中,我们开展了三个方面的研究:(1)LDHs-CDs纳米复合材料的制备及其对阴离子吸附质(甲基蓝)的吸附研究在水溶液中,LDHs可以作为捕获系列阴离子污染物的吸附剂,但吸附过程中LDHs的羟基基团与氮或含氧基团间形成的氢键作用很有限,需要提高LDHs中氢键的吸附点,获得较好的吸附效果。表面钝化的CDs含有丰富的含氧官能团,能够和目标物质之间形成氢键,产生吸附作用,但是由于CDs具有水溶性,氢键作用相对较弱,在实际应用中须选取一种载体与CDs点结合,以提高吸附效率,成为一种去除各种有机和无机污染物的优质替代材料。基于LDHs和CDs两种材料在吸附方面的特点,我们将带正电荷的LDHs和表面钝化、拥有丰富含氧官能团的CDs通过简单、环保的途径成功合成LDHs-CDs纳米复合材料,在对其进行表征后发现,CDs可以有效和分散地组装在LDHs表面,LDHs-CDs纳米复合材料表面形成大量的自由羟基基团。利用LDHs-CDs对水体中的甲级蓝进行吸附研究发现,在pH为6～10范围内时,LDHs-CDs对甲基蓝能够保持较高的吸附效率(最大吸附量为185 mg/g),吸附动力学遵循拟二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir模型。(2)DBS-LDHs-CDs纳米复合材料的制备及作为非均相类芬顿催化剂制备羟基自由基为了设计适用于制备羟基自由基、活性高的非均相类Fenton催化剂,我们将具有供电子特性和在类Fenton反应中呈现出类似过氧化物酶活性的碳量子点与高效固体催化剂LDHs相结合,使CDs和LDHs相互作用的催化活性更为突出,进一步促进H202催化分解,制备大量羟基自由基。我们以LDHs作为催化剂载体,制备得到DBS-LDHs-CDs纳米复合材料。通过化学发光信号的测定,发现DBS-LDHs-CDs纳米复合材料可以作为一种高效非均相类芬顿催化剂,促进酸性环境中H202的分解,产生大量的羟基自由基,同时伴随发生强烈的化学发光。实验发现,新制备的DBS-LDHs-CDs能够在没有任何外界能量输入的情况下促进十二烷基苯磺酸盐(DBS)发生降解,是一种优秀的非均相芬顿类催化剂,对不可生物降解的水污染物的处理方面具有很大的潜力。(3)SDS-LDHs-GQDs纳米复合材料的制备及其对非离子型有机吸附质(2,4,6-三氯苯酚)的吸附研究前面的研究中,LDHs-CDs对阴离子吸附质表现出了良好的吸附性能,为了进一步扩大LDHs和CDs的吸附应用范围,考察它们对非离子有机吸附质的吸附能力,我们通过水热合成法将柠檬酸盐和十二烷基硫酸盐(SDS)插入LDHs层间,合成了 SDS-LDHs-GQDs复合材料,获得了局限于二维疏水空间的GQDs。我们用典型非离子有机吸附质2,4,6-三氯苯酚对(SDS-LDHs-GQDs)的吸附行为进行研究,发现它对2,4,6-三氯苯酚表现出优异的吸附性能,吸附率达到80%,远高于LDHs-GQDs(15%)和SDS-LDHs(40%),最大吸附量达到119mg/g,吸附动力学遵循拟二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir模型。通过对吸附机理的研究,能够证明SDS-LDHs-GQDs对2,4,6-三氯苯酚产生的高效吸附是来自氢键和π-π相互作用的协同效应,以及SDS和非离子被吸附物(2,4,6-三氯苯酚)之间的疏水相互作用。这为非离子型有机分子的吸附提供了新的吸附剂产品,而且对开发其他LDHs复合材料和GQDs复合型吸附剂有一定的借鉴意义。