麦羟硅钠石的合成及在吸附、纳米复合材料中的应用

发布时间：2017-06-29 23:12

  本文关键词：麦羟硅钠石的合成及在吸附、纳米复合材料中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水合硅钠盐作为一类新型的层状硅酸盐材料日益受到人们的重视,麦羟硅钠石(magadiite)作为水合硅钠盐的一种,可以通过人工合成得到纯相产物,其本身无毒无害,具有较稳定的板层结构和一定的膨胀性;片层显负电性,可与金属阳离子和有机大分子阳离子发生离子交换,具有较高的离子交换容量;片层上含有较多的活泼性羟基团,能够有效进行功能化改性反应。不同的功能化改性和复合研究使magadiite在吸附材料、纳米复合材料、催化材料、功能性薄膜材料等领域都有较突出的应用价值。本论文在前人水热合成法制备magadiite的基础上加入了玻璃珠和瓷珠两种无机成核剂,采用 SiO2-NaOH-Na2CO3-H2O‖体系成功制备出纯相magadiite,具体研究了不同成核剂以及含量对magadiite的合成温度和反应时间的影响。结果表明在不同合成温度下,成核剂可以使反应时间缩短3~18小时,在不同的反应时间下,成核剂可以使合成温度降低5~10℃;一定条件下,成核效果随成核剂添加量的增加而增强;同等条件下瓷珠的成核效果较玻璃珠好。将magadiite应用在水处理领域,研究了magadiite对水中Pb2+的吸附性能,考察了吸附剂投加量、溶液pH值、吸附时间和Pb2+初始浓度等因素对Pb2+吸附效果的影响。结果表明Pb2+的去除率随magadiite的投加量、溶液pH、吸附时间的增加而升高,随溶液初始浓度的增加而降低;magadiite对Pb2+的吸附机理存在离子交换作用和表面配位作用,兼有物理吸附和化学吸附,但以化学吸附为主;用准二级动力学模型和Langmuir模型能够更好地描述magadiite吸附Pb2+的过程,且吸附速率控制步骤为膜扩散过程和颗粒扩散过程。选用十六烷基三苯基溴化磷改性的magadiite作为纳米填料,通过熔融插层法分散至PA6基体中,探索其在基体的分散效果和增强效果,结果表明,在改性magadiite制备的复合材料中,大部分的magadiite被PA6大分子链插层、剥离,形成纳米复合材料;所制备的复合材料的力学性能有一定程度的改善;DSC研究表明,复合材料的熔融过程产生了 熔融再结晶‖现象,出现了不稳定的γ晶型再结晶为α晶型的熔融吸收峰。将magadiite作为功能填料与羧甲基纤维素钠(CMC)制备了CMC/Maga仿贝壳纳米复合材料薄膜,并与同等条件下蒙脱土形成的CMC/MMT纳米复合材料薄膜进行对比。结果表明,CMC/Maga纳米复合材料中,CMC大分子进入magadiite层间,由体积效应使magadiite层间距不同程度的扩大,同时也有一部分magadiite未被CMC大分子进入。微观结构研究表明CMC/MMT是以纸片状片层层压而成的,其结构是有方向性的,而CMC/Maga是以片层结构组成的玫瑰花瓣状微球堆积而成的,玫瑰花瓣状微球的堆积使得层间没有方向性;力学性能分析表明CMC/Maga和CMC/MMT的拉伸强度较纯CMC提升明显,Maga和MMT的加入使CMC的拉伸模量升高,断裂生长率降低,同等条件下CMC/Maga的力学性能比CMC/MMT好;燃烧分析表明CMC/Maga燃烧过程有部分灰烬逐渐脱落,CMC/MMT燃烧后薄膜结构保持完好,CMC/Maga和CMC/MMT由于无机填料的含量较高,阻燃性能较好。
【关键词】：麦羟硅钠石 制备 吸附 复合材料 膜材料
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;TB33
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 水合硅钠石概述13-14
• 1.2 Magadiite结构与性能14-15
• 1.3 Magadiite的研究现状15-19
• 1.3.1 Magadiite的制备15-17
• 1.3.2 Magadiite的改性研究17-19
• 1.4 Magadiite应用19-22
• 1.4.1 多孔材料19-20
• 1.4.2 吸附材料20
• 1.4.3 纳米复合材料20-21
• 1.4.4 催化材料21-22
• 1.4.5 其他材料22
• 1.5 本课题的研究意义和研究内容22-24
• 1.5.1 本课题研究意义22-23
• 1.5.2 研究内容23-24
• 1.6 本章小结24-25
• 第二章 实验与测试25-29
• 2.1 实验主要材料和实验设备25-27
• 2.1.1 实验主要材料25
• 2.1.2 实验设备25-27
• 2.2 表征及性能测试27-28
• 2.2.1 结构表征仪器和条件27
• 2.2.2 热性能表征仪器和条件27
• 2.2.3 力学性能测试仪器和测试标准27-28
• 2.2.4 重金属离子浓度测试仪器和计算公式28
• 2.3 本章小结28-29
• 第三章 异相成核对magadiite合成的影响研究29-43
• 3.1 Magadiite的制备29-30
• 3.2 合成条件对产物的影响30-37
• 3.2.1 时间影响30-34
• 3.2.2 温度影响34-36
• 3.2.3 成核剂量的影响36-37
• 3.3 产物表征37-41
• 3.3.1 结晶过程分析37-40
• 3.3.2 化学组分分析40-41
• 3.4 成核机理41
• 3.5 本章小结41-43
• 第四章 Magadiite对铅离子的吸附性能研究43-59
• 4.1 吸附实验43
• 4.2 Magadiite对Pb2+的吸附性能43-45
• 4.2.1 Magadiite投加量对吸附Pb2+的性能影响43-44
• 4.2.2 p H值对吸附Pb2+的性能影响44-45
• 4.3 吸附动力学45-48
• 4.3.1 吸附平衡实验45-46
• 4.3.2 吸附动力学分析46-47
• 4.3.3 吸附速率机理分析47-48
• 4.4 等温吸附线48-51
• 4.4.1 初始浓度对吸附Pb2+的性能影响48-49
• 4.4.2 等温吸附模拟49-51
• 4.5 Magadiite与其他吸附剂对吸附Pb2+的吸附性能对比研究51-52
• 4.6 Magadiite吸附Pb2+与Zn2+的性能对比52-54
• 4.7 Magadiite吸附Pb2+的性能表征及机理分析54-57
• 4.7.1 多孔性分析54
• 4.7.2 X射线衍射分析54-55
• 4.7.3 红外光谱分析55-57
• 4.7.4 扫描电镜分析57
• 4.8 本章小结57-59
• 第五章 尼龙 6/magadiite复合材料性能研究59-76
• 5.1 Magadiite的有机化改性59
• 5.2 PA6/magadiite纳米复合材料的制备59-60
• 5.3 改性magadiite表征60-62
• 5.3.1 X射线衍射分析60
• 5.3.2 扫描电镜分析60-61
• 5.3.3 红外光谱分析61-62
• 5.4 复合材料表征62-75
• 5.4.1 X射线衍射分析62-63
• 5.4.2 透射电镜分析63-66
• 5.4.3 力学性能分析66-68
• 5.4.4 扫描电镜分析68-71
• 5.4.5 DSC分析71-73
• 5.4.6 TG分析73-75
• 5.5 本章小结75-76
• 第六章 CMC/magadiite仿贝壳纳米复合薄膜性能研究76-85
• 6.1 CMC/magadiite纳米复合薄膜的制备76
• 6.2 结构分析76-80
• 6.2.1 X射线衍射分析76-77
• 6.2.2 扫描电镜分析77-80
• 6.3 TG热分析80-81
• 6.4 力学性能分析81
• 6.5 透明度分析81-82
• 6.6 燃烧分析82-83
• 6.7 本章小结83-85
• 结论与展望85-88
• 结论85-86
• 创新点86-87
• 展望87-88
• 参考文献88-98
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果98-100
• 致谢100-101
• 附件101

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