伊利石微片层在紫外屏蔽及光催化剂载体中的应用

发布时间：2020-08-08 15:00

【摘要】：伊利石在自然界中分布广泛且具有巨大的储存量,但由于提纯困难、膨胀性和可塑性差,开发和利用受到一定的限制,应用领域目前沿用其它层状铝硅酸盐矿物的思路,结合伊利石矿物自身特点的应用还非常少。本文采用水洗沉降法获得了高纯度的伊利石,并探究了其在紫外屏蔽和催化剂载体上的应用。伊利石不仅成膜性好,而且其(001)晶面具有优异的光反射性能,所以考虑通过提纯和颗粒细化的方法,使其成为一种新型无机紫外线屏蔽材料。首先,我们用球磨和超声处理这两种物理方法对伊利石进行颗粒细化与片层剥离,考察了球磨和超声时间对伊利石结构、形貌、表面电荷特别是紫外屏蔽性能的影响。XRD、BET、SEM和TEM结果表明,虽然球磨和超声处理都会减小伊利石的颗粒尺寸、增大比表面积、改变表面形貌,但是球磨对伊利石的影响要比超声大得多。随着球磨时间的增加,伊利石的零点电位逐渐下降,pH值逐渐增加。此外,紫外屏蔽结果表明,相比于原始伊利石,球磨后的伊利石具有更好的紫外屏蔽性能,当球磨时间为2 h时,紫外线屏蔽能力最佳,紫外照射8小时后,其包覆纺织品的断裂强力保持率为69.94%,比未涂层纺织品增加约34%,屏蔽效果显著。随后,用球磨3 h的伊利石为载体,Ti(SO_4)_2为钛源,通过水热法获得了锐钛矿型TiO_2/伊利石复合光催化剂。在优选了实验条件的前提下,本文着重讨论了水热pH值对复合光催化剂结构、形貌以及光催化性能的影响。XRD和FT-IR结果表明,TiO_2颗粒在水热过程中并没有进入伊利石层间,伊利石和TiO_2颗粒之间通过Si-O-Ti和Al-O-Ti键进行结合。SEM、TEM和SSA分析结果表明,复合物中TiO_2颗粒的分散性明显改善。此外,水热pH值也控制着Ti(SO_4)_2的水解速率,当pH=1.5时TiO_2在伊利石表面负载均匀,几乎无团聚现象。此时,复合光催化剂具有最好的光催化性能,甲基橙溶液经8 h的可见光照射后,降解率可以达到73.4%,经紫外光40 min照射后,降解率可以达到93.6%,要优于商业二氧化钛的光催化效果。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ426
【图文】：

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吉林大学硕士学位论文筑板材的烧成温度，除此之外，加入伊利石的建筑材料不仅降低了温、隔音的性能。伊利石颗粒整体的负电性能够非选择性的吸附污属阳离子，伊利石颗粒表面暴露的羟基能够非选择性的和污水中的合，减少对环境的污染。总的来说，伊利石具有巨大的应用价值于伊利石伴生矿物复杂，提纯具有一定的难度，所以开发利用较晚应用方面仍有许多方向值得进一步的深入和拓展。

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能还含有长石等杂质，这会极大的限制其应用，因此表 2.1 展示了伊利石原土中各组成成分的质量含量百和 Al2O3是伊利石原土的主要组成成分，约占总质量的 LOI 也占了相对较大的比例。为了更好的表征和分析了 XRD 测试（详见图 2.1）。如图所示，XRD 图谱中中含有较多的石英。衍射角（2θ）在 8.84°和 17.65°衍射峰，在 2θ=26.67°处伊利石和石英的衍射峰发生量非常少，在图谱中没有显现出衍射峰。表 2.1 伊利石原土的化学成分（wt%）able 2.1 The chemical compositions of raw illite（wt%Al2O3TiO2CaO MgO Fe2O3FeO K2O 16.15 0.39 1.09 0.61 1.03 0.95 5.15

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吉林大学硕士学位论文2.1.2 伊利石的提纯为了更好的研究伊利石自身性质，需对伊利石原土进行提纯处理。考虑到伊利石原土中主要的杂质为石英且无其它种类的粘土矿物（如高岭石等）伴生，因此该伊利石可以通过常规水洗沉降法来进行纯化。具体的纯化过程如下：首先将大块伊利石原土粉碎至 5 mm 左右的小块，将粉碎后的伊利石加水配制成浓度为8 wt%的浆液，用磁力搅拌器持续搅拌 2 h，使得原土充分的分散，随后静置 24 h，使伊利石和石英等杂质在重力的作用下分离，收集浆液的上层液进行离心处理，离心得到的样品在 80oC 条件下烘干研磨，即可得到提纯的伊利石，具体的流程图如图 2.2 所示。

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