LDH与功能染料纳米复合材料制备及二氧化碳检测研究

发布时间：2017-10-27 03:13

  本文关键词：LDH与功能染料纳米复合材料制备及二氧化碳检测研究

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【摘要】：近年来,二氧化碳的含量日益剧增,引起了人们的广泛关注,被公认为目前气候变化以及全球变暖的祸首。在环境、医疗、食品和农业等领域中,二氧化碳的快速检测具有十分重要的意义。本论文探究了利用水热法合成了一系列基于层状双金属氢氧化物(LDH)和功能染料纳米复合材料的制备及其在CO2检测方面的应用,并对制备材料的结构、性质等进行了系统的研究。在本论文中以NiFe-LDH为主体,以8-羟基-1,3,6-三芘磺酸三钠盐(俗称溶剂绿7或者荧光黄,简称HPTS)为客体分子,采用一步水热法合成了不同浓度的HPTS/NiFe-LDH纳米复合材料,并利用场发射扫描电镜FESEM、XRD衍射和FTIR测试技术对样品进行了结构和形貌的表征。结果表明,HPTS成功插入到NiFe-LDH层间形成了HPTS/NiFe-LDH纳米复合材料,增大了NiFe-LDH的层间距,并使得NiFe-LDH的形貌发生了改变。紫外和荧光分析结果,表明HPTS/NiFe-LDH纳米复合材料没有紫外吸收和荧光,说明在纳米复合材料中,HPTS插在NiFe-LDH层间,其紫外吸收和荧光在NiFe-LDH层间淬灭。而随着CO2逐渐通入,HPTS的紫外吸收和荧光也逐渐恢复,且荧光强度和紫外吸收度与通入的CO2体积量呈线性关系,说明该纳米复合材料可实现对CO2的选择性检测,该体系对CO2气体的检测限为1.64μM。采用上述相同的方法制备了一系列不同染料分子(芘-1-磺酸钠盐PS,8-羟基-1,3,6-三芘磺酸三钠盐HPTS和1,3,6,8-芘四磺酸四钠盐PTS)插层的LDH纳米复合材料,分别命名为PS/NiFe-LDH,HPTS/NiFe-LDH和PTS/NiFe-LDH纳米复合材料。并对制备材料的结构和性质进行了系统的研究。紫外和荧光分析表明PS/NiFe-LDH、HPTS/NiFe-LDH和PTS/NiFe-LDH纳米复合材料都没有荧光,而随着CO2气体的逐渐通入,染料的紫外吸收和荧光也逐渐恢复。并且,三种材料的荧光强度均与通入CO2的体积量呈线性关系。说明PS/NiFe-LDH、HPTS/NiFe-LDH和PTS/NiFe-LDH纳米复合材料都可以实现对CO2气体的有效检测。相比之下,PTS/NiFe-LDH纳米复合材料对CO2气体的检测效果最好、检测限最低。本论文成功制备了一系列阴离子染料/LDH纳米复合纳米材料,采用荧光的手段实现对CO2气体的选择性检测,为评估大气温室效应提供了一种新的方法。
【关键词】：层状双金属氢氧化物 纳米复合材料 阴离子染料 荧光 CO2检测
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 文献综述11-20
• 1.1 引言11
• 1.2 温室效应11-12
• 1.3 二氧化碳检测技术的研究进展12-14
• 1.3.1 二氧化碳红外式传感器13
• 1.3.2 二氧化碳固体电解质传感器13
• 1.3.3 二氧化碳电容式传感器13
• 1.3.4 二氧化碳光纤传感器13-14
• 1.4 层状双金属氢氧化物的研究进展14-17
• 1.4.1 层状双金属氢氧化物的概述14
• 1.4.2 层状双金属氢氧化物的结构14-15
• 1.4.3 层状双金属氢氧化物的性质15-16
• 1.4.4 层状双金属氢氧化物的制备方法16-17
• 1.5 LDH在二氧化碳吸附方面的研究进展17-18
• 1.6 论文选题目的和研究内容18-20
• 第二章 HPTS/NiFe-LDH纳米复合材料的制备及二氧化碳检测研究20-33
• 2.1 实验部分20-23
• 2.1.1 实验材料20-21
• 2.1.2 实验仪器21
• 2.1.3 NiFe-LDH以及HPTS/NiFe-LDH纳米复合材料的制备21-22
• 2.1.4 荧光实验22
• 2.1.5 HPTS的工作曲线的绘制22
• 2.1.6 样品的表征22-23
• 2.2 结果与讨论23-25
• 2.2.1 XRD分析23
• 2.2.2 FTIR光谱分析23-24
• 2.2.3 场发射扫面电镜分析24-25
• 2.3 HPTS/NiFe-LDH复合材料对检测CO2的探究25-31
• 2.3.1 紫外光谱分析25-27
• 2.3.2 荧光光谱分析27-30
• 2.3.3 气体竞争分析30
• 2.3.4 离子竞争分析30-31
• 2.4 样品检测CO2的作用机理31-32
• 2.5 小结32-33
• 第三章 不同染料分子插层LDH纳米复合材料的制备及二氧化碳检测研究33-43
• 3.1 实验部分33-35
• 3.1.1 实验材料33-34
• 3.1.2 实验仪器34
• 3.1.3 样品的制备34
• 3.1.4 荧光实验34
• 3.1.5 PS和PTS的工作曲线的绘制34-35
• 3.2 结果与讨论35-38
• 3.2.1 XRD分析35-36
• 3.2.2 FTIR分析36-37
• 3.2.3 扫描电镜样品的形态分析37-38
• 3.3 不同染料分子插层的LDH纳米复合材料对CO2检测的探究38-42
• 3.3.1 紫外-可见吸收光谱分析38-40
• 3.3.2 荧光发射光谱分析40-42
• 3.4 小结42-43
• 第四章 结论43-45
• 参考文献45-50
• 致谢50-51
• 作者简介51

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