光催化技术是一项在环境和能源领域有着广泛应用前景的绿色技术，而新型高效光催化剂的研发是目前环境和能源领域的一个重要研究热点。本论文通过插层法，固定法，层层组装法，原位生长法四种方法构建出一系列的层状双氢氧化物(layerd doublehydroxides, LDHs)复合材料，横向开发LDHs复合材料在吸附与光催化领域的应用。为更全面地实现LDHs复合材料在吸附与光催化领域的应用提供材料制备方法和相关理论依据。在材料科学方面，根据LDHs及复合组分的各自特异性质，构建多种LDHs复合材料，并针对所制得的复合材料的结构特性，通过谱学手段和实验手段分析其物化性质与微结构特性。在高级氧化技术应用方面，为实现络合催化剂的异相化、纳米颗粒材料的固定化及拓展石墨烯在光催化领域的应用提供了新方法。主要研究内容有以下各个方面： 1.选择两种常用的络合铁（草酸铁和柠檬酸铁），利用直接组装法(direct self-assemblyroute)、重构法(reconstructure)、离子交换法(anion exchange)三种合成方法将其保存到MgAl-LDHs层间。通过表征手段分析探讨，最佳的络合铁插层LDHs的制备方法。LDH的层间距从7.71分别增加到12.16和12.26。所得样品同时结合FTIR、XPS、XAFS、BET (N2adsorption-desorption)、TG-DSC、SEM等手段研究了两种常用的络合铁插层MgAl-LDHs的反应行为特征，分析草酸铁和柠檬酸铁插层前后的形态变化。络合铁固定于LDHs后，以完好的络合铁离子的形式存在于LDHs层间域。通过序批吸附实验和异相光Fenton实验，表明络合铁插层LDHs材料对亚甲基蓝的吸附符合Langmuir模型，两种络合铁插层LDHs材料，在pH4.0~6.0都显示出较高的脱色率，优于单纯的均相络合铁催化。 2.通过一种简单低成本的方法。利用LDHs的“记忆效应”，通过煅烧-重构的方法，将纳米TiO2稳定地固定在疏水性LDHs上，制备出纳米TiO2-LDHs复合材料，解决商品纳米TiO2有超强的亲水作用和易团聚性。通过XRD、XPS、SEM等手段，分析所获得的复合材料的结构。结果表明，纳米TiO2和疏水性LDHs不是简单的物理混合，而是通过化学键的作用紧密结合在一起。煅烧-重构后的LDHs进成交联纳米片，此交联的纳米片具有较大的比表面积，能有效地提高对DMP的吸附。序批式吸附近实验表明，纳米TiO2-LDHs复合材料对DMP的吸附等温线符合Langmuir吸附模型，由此可以判断纳米TiO2-LDHs复合材料对DMP的吸附为单分子层吸附模式。光催化降解实验表明，疏水性LDHs的固定作用能有效地提高其对DMP的去除速率和效率。这主要是因为疏水性LDHs能有效地富集DMP，再使DMP在催化剂上被原位降解。 3.通过层层自组装方式备出具三明治结构的羧基化石墨烯/ZnAl-LDHs纳米复合体，并通过SEM、TEM、AFM、XRD等手段，分析纳米复合材料的结构，结果表明所得到的羧基化石墨烯/ZnAl-LDHs纳米复合材料是由LDHs纳米片和石墨烯片有序地层层组装形成，其层数约4-6层。所得到的具三明治结构复合材料在真空下煅烧，形成具可见光活性的石墨烯/ZnAl-LDO复合材料催化剂(rCG/LDO)。通过阴阳离子染料可见光降解实验，发现与石墨烯复合后的催化剂(rCG/LDO)，其可见光催化活性有显著的提高，且有效地抑制了ZnAl-LDO的光腐蚀问题。石墨烯的掺入使得ZnAl-LDO在可见光区有响应，复合材料受可见光光照后，产生光生电子与光生空穴，光生电子很快地被石墨烯输导走，从而减少光生空穴和光生电子的复合机率，进而有效地提高光催化效率。 4.通过原位生长法制备石墨烯@ZnNiAl-LDO复合材料，并利用XRD、SEM和TEM等表征方法探讨在氧化石墨烯上原位生长ZnNiAl-LDHs与单纯ZnNiAl-LDHs结构及形貌上的差异。结果表明，单纯的ZnNiAl-LDHs形状为小圆盘形的微米级颗粒，然而在氧化石墨烯上原位生长的ZnNiAl-LDHs，生长过程受到石墨烯的抑制作用，形成纳米级晶粒。煅烧后形成的石墨烯@ZnNiAl-LDO复合材料相对原ZnNiAl-LDO样品在整个UV-vis范围内其吸收值都有明显的提高。吸附实验表明，石墨烯@ZnNiAl-LDO复合材料对Cr(VI)有较强的吸附性能。通过光催化实验，在MB和Cr(VI)共存的溶液中，MB的可见光催化降解速率明显高于单纯的MB溶液，Cr(VI)的存在能对石墨烯/ZnNiAl-LDO复合材料光催化氧化有机物起到协同作用。石墨烯/ZnNiAl-LDO复合材料能有效地应用于处理有机/重金属复合污染水体。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2014
【中图分类】：O643.32;X52
【部分图文】：
LDHs的空间结构
Ni/Ti-LDHs的共沉淀法制备流程
图 1-3 TL 与 TR 处理的 XRD 图RD patterns of LDHs after the treatment同温度下的 TR 处理方案的 XRD 图，从
【参考文献】
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