高岭土及其金属与非金属单掺杂体系表面吸附甲醛的理论研究

发布时间：2019-01-24 09:34

【摘要】：甲醛作为室内主要的有害气体成分,严重威胁着人类的健康。探索消除甲醛的有效办法一直以来都受到研究者的重视。我国具有丰富的高岭土资源,且生产的高岭土具有廉价物美、结构性质稳定等特点,广泛用作消除污染气体的吸附剂,特别是改性高岭土在消除有机物小分子、重金属离子、有害气体等方面具有更加广泛的应用前景,寻求一种能有效吸附甲醛的改性高岭土也具有重要的现实意义。本研究利用Material Studio软件中的Dmol3模块,基于密度泛函理论的广义梯度近似(GGA)泛函,系统地研究了HCHO在纯净的高岭土(001)面、金属单掺杂高岭土体系以及非金属单掺杂高岭土体系的吸附甲醛的结构和电荷性质,并对吸附前后结构的能量、键长、电荷密度、总态密度、相应原子的分态密度以及Mulliken电荷布居进行了比较研究。对高岭土(001)面吸附甲醛的各种吸附结构进行了几何优化和吸附能计算表明,高岭土(001)面吸附甲醛的每个单胞中含有6个-OH,且每个-OH与甲醛有三种相对位置,共存在18种吸附稳定结构,通过吸附能、吸附前后的键长、电荷密度图以及态密度图的比较,进一步发现所有吸附方式均为物理,吸附甲醛在1号-OH的吸附结构最稳定,且在HK1801的吸附方式下最为稳定,吸附能为49.8 kJ/mol,吸附虽使甲醛的C=O键长伸长,但吸附体系并未有电子云的重叠,两者间形成强的物理吸附。对金属(Fe、Co、Ni)单掺杂高岭土(001)面吸附甲醛的结构优化及掺杂前后吸附结构的结构和电子总态密度、分态密度变化研究发现,与纯净的高岭土相比,Fe掺杂体系的吸附能与纯净高岭土吸附相比变化不大,吸附能为49.4 kJ/mol,且因杂质峰的出现和价带带宽的增加使得禁带宽度明显变窄,有利于甲醛C=O键的活化;Co体系的吸附性能则略差,最佳吸附结构的吸附能量为31.4 kJ/mol,仅使导带的下移,表现为弱的物理吸附;Ni的单掺杂体系吸附能达到65.9 kJ/mol,并且d轨道电子进入到高岭土的价带顶部,价带顶杂质能级的形成,带隙变窄,对甲醛的吸附加强,吸附为强的物理吸附。对非金属(S、N)单掺杂高岭土体系与吸附甲醛的结构进行了优化并考察了吸附能量、电子的电荷密度、总态密度、各原子的分态密度及Mulliken电荷布居。S、N吸附体系的吸附能量分别为41.3、33.5 kJ/mol,最佳吸附方式下甲醛的C=O键伸长0.005?,吸附效果都不及纯净的高岭土,S、N掺杂抑制了对甲醛的吸附,属于弱的物理吸附。对非金属(S、N)单掺杂高岭土体系与吸附甲醛的结构进行了优化并考察了吸附能量、电子的电荷密度、总态密度、各原子的分态密度及Mulliken电荷布居。S、N吸附体系的吸附能量分别为41.3、33.5kJ/mol,最佳吸附方式下甲醛的C=O键伸长0.005?,从各方面对比吸附效果都不及纯净的高岭土,S、N掺杂抑制了对甲醛的吸附,属于弱的物理吸附。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：内蒙古师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X51;O647.31

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 覃薪儒;;浅谈室内甲醛污染治理技术[J];建材与装饰;2016年10期

2 徐慧;王妮娜;路洪艳;陈三;耿磊;;Materials Studio软件在固体物理学习中的应用[J];高师理科学刊;2015年09期

3 孙建敏;谷牧;杨云智;李荣;;非金属元素掺杂对VH_2解氢性能的影响[J];重庆师范大学学报(自然科学版);2015年03期

4 王幸;钱萍;宋开慧;张超;宋伟;;苯分子与Si_6O_18H_12和Al_6O_24H_30团簇模型相互作用的理论研究(英文)[J];物理化学学报;2014年02期

5 胡志彪;周云龙;张巧玲;童长青;陈武华;丁马太;;纳米ZnO/高岭土复合材料的制备及性能研究[J];功能材料;2014年05期

6 林莉莉;邱兆富;韩晓琳;叶兴长;刘友良;张巍;应维琪;;吸附气相甲醛活性炭的选型研究[J];环境污染与防治;2013年12期

7 岳远霞;冯庆;王寅;;非金属元素C、N、F掺杂锐钛矿型TiO_2的缺陷形成能和电子性质[J];功能材料;2013年13期

8 蔡广超;马驰;黄科林;贾艳桦;谢清若;李克贤;;高岭土综合利用技术研究进展[J];大众科技;2013年06期

9 张超;宋开慧;王幸;尹洪宗;钱萍;;水分子在高岭石中插层行为的量子化学研究[J];分子科学学报;2013年02期

10 唐义祥;孙万里;何宏;梁多平;;聚丁二酸丁二酯/聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)/纳米高岭土熔融共混力学性能、流变及降解行为研究[J];功能材料;2013年01期

相关博士学位论文 前1条

1 王珂;高温固体吸附剂循环捕获燃煤烟气CO_2的实验与动力学研究[D];华中科技大学;2011年

相关硕士学位论文 前8条

1 闫跃阳;过渡金属氧化硅分子筛吸附稀有气体的机理研究[D];西南交通大学;2014年

2 周鹏;甲醛在TiO_2和Pt纳米团簇表面的解离吸附和脱氢氧化[D];武汉理工大学;2014年

3 靳晓增;高岭石纳米管制备工艺研究[D];郑州大学;2014年

4 张曼露;非金属原子掺杂对石墨烯气体吸附特性影响的理论研究[D];华东理工大学;2013年

5 焦变英;无粘结剂LSX的制备及阳离子交换对其性能影响的研究[D];太原理工大学;2011年

6 王华英;无粘结剂4A分子筛的制备与表征[D];山东理工大学;2011年

7 林月绪;非金属掺杂锡酸锌的制备及其可见光催化降解染料性能研究[D];福建师范大学;2009年

8 谷麟;Co，Cu改性高岭土催化剂的制备及在电化学催化氧化有机废水中的应用研究[D];陕西师范大学;2007年

，

本文编号：2414356