纤维形态LDHs基复合材料的可控制备及其性能研究

发布时间：2018-03-01 02:08

本文关键词： 层状双氢氧化物纤维氟离子牛血清白蛋白红外发射率　出处：《东南大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：层状双金属氢氧化物(LDHs)是一种典型的阴离子型层状粘土材料,在污染控制、化工分离和光学材料等方面有着广泛的应用。然而,在静电引力和氢键的作用下,带正电荷的LDHs层板和带负电荷的层间阴离子发生层层组装,LDHs纳米片层层堆积形成有序的层状结构,其较小的层间距和比表面积,严重限制了LDHs的表面性能。分级结构LDHs基复合材料在连续的微、纳米尺度范围下具有二重或者多重形貌并呈现多层次分布,其特有的微结构使其具有高比表面积和特殊表面性质。旨在开发多功能LDHs基复合材料,探究材料界面结构与性能之间的关系,本论文围绕分级结构LDHs复合材料的结构和组分的设计展开了研究,成功制备了生物形态的A1203纤维、Mg-Al LDHs/Al2O3复合材料、Ni-Al LDHs/Al2O3复合材料和LDHs/ZnO/Al2O3复合材料,并运用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和氮气吸附-脱附对所制备的材料进行表征,深入研究材料污染控制、生物分离和光学方面的应用。具体研究内容及结果如下：(1)以废纸中的纤维为模板,采用模板法制备纤维形态的A1203；以A1203纤维为铝源,采用水热法制备分级结构的Mg-Al LDHs/Al2O3复合材料。由XRD分析可知,复合材料由非晶态的A1203和LDHs纳米晶构成。在微米尺寸A1203纤维表面原位生长一层LDHs纳米片后,材料的比表面积由76.66 m2/g增加到165.0m2/g。采用不同的吸附等温线和动力学模型,对吸附过程进行拟合,结果表明复合材料吸附氟离子的等温线符合Langmuir模型,吸附动力学符合pseudo-second-order动力学模型。与单纯的LDHs颗粒和A1203纤维相比,Mg-Al LDHS/Al2O3复合材料拥有较高的氟离子吸附性能,最大吸附量可达58.7 mg/g,表明所制备的Mg-Al LDHs/Al2O3复合材料在污染控制方面有着潜在应用价值。(2)结合生物模板法和原位生长技术,在A1203纤维表面原位生长Ni-Al LDHs纳米片,构筑分级结构的Ni-Al LDHs/Al2O3复合材料。在材料的制备过程中,探讨了沉淀剂含量和水热温度对复合材料结构的影响。将焙烧的Ni-Al LDHs/Al2O3复合材料应用于吸附溶液中的牛血清白蛋白(BSA),结果表明：复合材料中的大孔结构对吸附BSA起决定性作用,复合材料在中性条件下有着较高的吸附性能。由于体积较小的无机阴离子与LDHs纳米片之间的静电引力,复合材料表面的吸附位点容易被体积较小的无机阴离子占据,致使被吸附的BSA被释放出来。在高浓度的盐溶液中,被吸附的BSA几乎被完全释放出来(超过95%),表明所制备的Ni-Al LDHs/Al2O3复合材料在生物分离方面有着潜在应用价值。(3)以Zn-Al LDHs为基础,设计多结构和多组分LDHs复合材料。以A1203纤维为铝源,通过控制水热时间控伟LDHs纳米晶生长,制备分级结构的Zn-Al LDHs/Al2O3复合材料。调变反应温度,控制锌盐的水热和LDH纳米片的生长,制备Zn-Al LDHs/ZnO/Al2O3复合材料。通过材料的结构和形貌分析可知,在较高的水热温度下有利于Zn0纳米晶生长,而较长的水热时间有利于LDHs纳米片生长。对制备的复合材料进行了红外发射率测量,结果表明复合材料的微结构对红外发射率有一定影响。通过以上三个部分的工作,本论文系统地对LDHs复合材料的微结构和组分进行了优化,并考察了材料污染控制、生物分离和光学方面的应用,为更深入广泛地研究其它LDHs基复合材料提供了实验和理论基础。同时,为改善LDHs材料的表面性能提供新的研究途径。
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【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB332

【参考文献】