水滑石的原位合成及其对 Cr(VI)的吸附性能

发布时间：2016-07-16 13:10

第 1 章 绪论

目前比较常见的重金属污染物中含有铬。铬可以通过饮水、食物链等途径进入到动植物体内，并且产生富集作用；生物体摄入铬，会破坏部分酶、蛋白质和某些必需物质的结构，其神经组织也会受到损伤，危害生物体的健康。铬的毒性主要与它的存在形式有直接关系[3,4]。在自然界中，铬主要以三种氧化态形式存在着，可以在水中稳定存在的有 Cr(III)和 Cr(VI)，并且随着水、土壤和大气进行循环。一般认为，Cr(III)是人和动物体生长所必须的一种微量元素，能够调节人体的糖代谢和胆醇。Cr(III)存在于溶液中的浓度小，活动性差，一般毒害也较轻。而 Cr(VI)具有强的致突变和致癌力[5]，它的毒性能达到 Cr(III)的 100 多倍。其主要是因为Cr(VI)在细胞中还原成 Cr(III)的过程中，阻碍其还原酶谷光甘肽的活性，同时导致血红蛋白转化为高铁血红蛋白，破坏了 DNA 从而引起了细胞的突变和癌变[6-8]。Cr(VI)具有很强的氧化和迁移能力，容易被人体吸收和积累，对人类健康和生态环境造成严重威胁。

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第 2 章 分子筛为载体镁铝水滑石（LDH@Zeolite）的原位合成与表征

2.1 实验部分

（1）分别称 Mg(NO3)2•6H2O 和 CO(NH2)2于烧杯，用蒸馏水溶解后转移到 100mL 容量瓶中定容，此溶液为 Mg2+/CO(NH2)2摩尔比为 1:3 的混合溶液。（2）将经过 200 ℃马弗炉干燥 3 h 的 4A 分子筛球浸泡在 100 mL 上述混合溶液的三口瓶内，并对其抽真空 1 h，去除混合溶液，将 4A 分子筛球转移到 50 mL的水热合成反应釜中，放入烘箱晶化。（3）从烘箱取出反应釜待降温后将 4A 分子筛取出，用去离子水多次洗涤直至洗涤液为中性（pH=7~8)，转移到表面皿中于 80 ℃烘箱干燥 24 h。将烘干的水滑石样品保存于干燥器内。

2.2 表征方法

XRD 即 X-ray diffraction analysis 的缩写，X 射线衍射分析是水滑石分析的主要手段，利用 X 射线在水滑石物质中的衍射效应进行物质结构分析的技术。各物质都有其特定的晶体结构，包括点阵类型、晶面间距等参数，用具有一定能量的 X射线照射测试样品，试样中的物质受到激发，会产生二次荧光 X 射线，晶体的晶面反射遵循布拉格定律。研究 XRD 的衍射图，得到所需产品的晶体结构、晶胞参数、材料所含原子或分子的构造或形态等信息。X-射线衍射的应用极为广泛，其检测对样品无损伤。可以根据 XRD 谱图上的特征峰的位置鉴定样品的物相，还可以根据谢乐公式计算纳米粒子的平均粒径，根据衍射角确定晶胞参数。本论文采用德国布鲁克公司的D8ADVANCE型X-射线衍射仪对样品物相以及晶面间距进行确定分析。仪器采用加速电压 40 kV，电流 30 mA，辐射光源为λ=0.15406 nm 的 Cu 靶 Kα射线，扫描范围 0~70°，扫描速率 0.05 °/s。

第 3 章 焙烧后的分子筛为载体镁铝水滑石（LDO@Zeolite）对 Cr(VI)的吸附性能研究...............32

3.1 实验部分..............32
3.2 结果与讨论..........35
3.3 小结................60
第 4 章 泡沫镍为载体镍铝水滑石（LDH@NF）的原位合成与性能研究......61
4.1 实验部分.............61
4.2 结果与讨论................64
第 5 章 结论与创新点....................83

第 4 章 泡沫镍为载体镍铝水滑石（LDH@NF）的原位合成与性能研究

4.1 实验部分

原位合成 LDH@NF 的具体步骤如下：（1）泡沫镍在 0.5 % NaOH 溶液中浸泡 1 min 以脱除表面氧化物，然后分别在脱碳水和乙醇中超声 10 min，晾干。（2）10 mL NH3.H2O（25~28 %）加入到 40 mL 1M Ni2SO4和 30 mL 0.25 M 过硫酸钾混合溶液中。室温下，泡沫镍(2.5*2.5 cm2)垂直放置在溶液中 10 min。用脱碳水洗涤晾干。留一片，进行表征。（3）表面长有 NiOOH 的泡沫镍放入装有 30 mL 的 10 mM Al(NO3)3.9H2O 和15 mM NH4NO3溶液的水热反应釜中，在 100 ℃下晶化 48 h。用 50 mL 反应釜进行，平铺放 1 片泡沫镍。（4）待反应釜冷却至室温后，取出泡沫镍分别用乙醇和脱碳水洗涤，干燥。

4.2 结果与讨论

由图 4.4a 可以看出，Al3+浓度为 1.0 mmol/L 时泡沫镍表面呈现片状水滑石形貌，当 Al3+浓度到增大 10 mmol/L 时，如图 4.4b，片状水滑石生长数量显著增多，高度分散，片层结构重叠且生长致密。这是由于 Al3+浓度的增加使泡沫镍原有的镍源与其结合机会增多，即生长的水滑石数量增多。在反应温度为 100 ℃，Al3+浓度为 10 mmol/L，pH 为 5.0，反应时间为 48 h，考察固液比对 LDH@NF 合成的影响。结果见图 4.5。从图 4.5a2可已看出，，固液比为 0.03:40 g/mL 时，泡沫镍表面的水滑石呈六边形的片层结构重叠，片层的厚度增加，并非实验所需要得到的水滑石层状结构。当固液比为0.18:40 g/mL 时，如图 4.5b 所示，片层水滑石结构明显，生长数量多，高度分散且生长密集。由于溶液体积的增加相当于提高了 Al3+的浓度，从而泡沫镍原有的镍源与其结合的机会增多，使生长的水滑石数量增加。在 Al3+浓度为 10 mmol/L，pH 为 5.0，固液比为 0.18:40 g/mL，反应时间 48 h，考察不同晶化温度对合成 NiAlNO3-LDH@NF 的影响。结果见图 4.6。从图 4.6a 可以看到，晶化温度为 60 ℃时，泡沫镍表面的水滑石的生长稀薄，数量少，随着晶化温度的升高，片层结构生长的越来越密集。从图 4.6b 可以看出当晶化温度为 100 ℃时在泡沫镍表面生长的片层水滑石结构明显，高度分散且生长密集。可能是由于晶化温度为 60 ℃时还不足以达到 LDH@NF 的合成温度，导致水滑石片层结构没有完全生成，片层稀薄，生长数量少。

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第 5 章 结论与创新点

通过 SEM、XRD、EDS 表征结果表明：镁铝-分子筛水滑石（LDH@Zeolite）在晶化温度 120 ℃，晶化时间 12 h，Mg(NO3)2.6H2O/CO(NH2)2为 1:3，Mg2+为 2.0及 2.5 mol/L，固液比为 0.06 g/mL 条件下，所制备的水滑石具有片层结构与高度分散的特征；焙烧后得到的复合金属氧化物 LDO@Zeolite 在 Cr(VI)的水溶液中能够与水和阴离子结合重构水滑石的层状结构。考察了不同的温度焙烧的水滑石，对其吸附去除 Cr(VI)的性能。结果表明：当焙烧温度为 500 ℃焙烧 4 h 时，LDO@Zeolite 对 Cr(VI)的去除率达到 96 %。经 SEM 与 XRD 测试，重构的Cr-LDH@Zeolite 和前体 LDH@Zeolite 均具水滑石层状晶体结构特征。由于水滑石的结构“记忆效应”，LDO@Zeolite 能够在含有 Cr(VI)的水溶液中与水和阴离子结合重构水滑石的层状结构，使 LDO@Zeolite 对 Cr(VI)吸附能力较 LDH@Zeolite提高了 50%，较分子筛提高了 90 %。

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参考文献（略）

本文编号：71982