層狀鎂鋁水滑石和二氧化錳的剝離與復(fù)合及吸附性能研究.pdf

1、近年來，由于在傳感器、光催化、電容器、吸附等方面表現(xiàn)出的優(yōu)異性能,2D納米材料已經(jīng)成為材料研究領(lǐng)域的一個(gè)焦點(diǎn)研究課題。目前，核能在人類生活中發(fā)揮著越來越重要的作用，吸附法被公認(rèn)為一種新型、高效、經(jīng)濟(jì)的鈾分離富集方法，具有很好的應(yīng)用前景。2D納米材料相對(duì)于塊體材料展現(xiàn)出了更多的暴露界面或晶面，為吸附質(zhì)的吸附提供了更多吸附位點(diǎn)，在鈾吸附方面更具優(yōu)勢(shì)。
　　本論文提出了三種有效的層狀材料溶液剝離法，成功的制備了超薄LDHs2D納米片和M

2、nO22D納米片。通過SEM、TEM、XRD等測(cè)試手段，對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了考察。并將剝離產(chǎn)物E-LDHs和E-MnO2分別與Fe3O4磁性基質(zhì)復(fù)合，成功的制備了Fe3O4@E-LDHs和Fe3O4@E-MnO2磁性復(fù)合微粒用于鈾吸附性能研究。復(fù)合物中Fe3O4的引入實(shí)現(xiàn)了吸附劑的快速有效回收，解決了鈾吸附過程中吸附劑回收困難的問題。
　　以Mg/Al-CO32-LDHs為前軀物，NH4NO3為層板擴(kuò)充劑，甲酰胺為剝離液成功的制備了Mg/

3、Al LDHs超薄納米片。實(shí)驗(yàn)得到的剝離產(chǎn)物E-LDHs為一完全透明的膠狀物質(zhì)，具有明顯的丁達(dá)爾效應(yīng)，該物質(zhì)是一種典型的2D材料，直徑在幾百個(gè)納米之間，厚度約為8.7nm。利用E-LDHs制備甲基橙（MO）吸附膜，MO吸附后，樣品很好的保持了LDHs的層狀結(jié)構(gòu)特征，MO-離子是以平行于LDHs層板的方式進(jìn)入LDHs層間。
　　以Fe3O4磁性物質(zhì)為基質(zhì)，成功的制備了Fe3O4@E-LDHs復(fù)合物，該復(fù)合物尺寸1～2μm，表面凹凸不

4、平，數(shù)個(gè)Fe3O4球形顆粒通過LDHs緊密的粘結(jié)在一起。該復(fù)合物具有良好的磁響應(yīng)，飽和磁化強(qiáng)度為23.5emu/g。研究顯示，F(xiàn)e3O4@E-LDHs對(duì)鈾具有很好的吸附性能，當(dāng)Fe3O4@E-LDHs用量0.01g，鈾初始濃度121.1mg/g，吸附時(shí)間2h，吸附溫度25℃，pH=5時(shí)，吸附容量達(dá)到了224.6mg/g。動(dòng)力學(xué)研究表明，F(xiàn)e3O4@E-LDHs對(duì)水體中鈾離子的吸附更符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，其擬合相關(guān)系數(shù) R2達(dá)到0.999

5、9。Freundlich與Langmuir等溫吸附模型相比，Langmuir等溫吸附方程能更好的描述 Fe3O4@E-LDHs對(duì)鈾的等溫吸附行為。熱力學(xué)研究表明，F(xiàn)e3O4@E-LDHs對(duì)鈾吸附在不同溫度下0?G均小于0，0?H值均大于0，證明了Fe3O4@E-LDHs吸附鈾的過程具有自發(fā)性，且過程為一吸熱過程。
　　以層狀K-MnO2作為前軀體，通過質(zhì)子化交換和溶液剝離兩步驟制備了E-MnO2超薄納米片。該納米片厚度約為5.2

6、nm，即7個(gè)MnO2層，具有自發(fā)堆垛和卷曲的趨勢(shì)。研究顯示通過TMAOH處理，產(chǎn)物（001）及（002）峰位置逐漸向低角度偏移，反應(yīng)后（001）峰分別在10.959°、9.480°和7.351°處出現(xiàn)，與之相對(duì)應(yīng)的層間距分別為0.8074nm、0.9330nm和1.2027nm，與H-MnO2層間距0.7198nm相比增大了很多。同時(shí)，還有部分MnO2已經(jīng)完成了從規(guī)則的層狀構(gòu)造向非晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。
　　通過剝離產(chǎn)物E-MnO2與磁

7、性基質(zhì)Fe3O4的復(fù)合成功的制備了Fe3O4@E-MnO2復(fù)合物。該復(fù)合物尺寸約為幾微米，復(fù)合物中MnO2包覆在Fe3O4顆粒周圍，數(shù)十個(gè)Fe3O4球形顆粒通過MnO2緊密的粘結(jié)在一起，該產(chǎn)物具有良好的磁響應(yīng)，飽和磁化強(qiáng)度為41.6emu/g。實(shí)驗(yàn)制備的Fe3O4@E-MnO2復(fù)合物對(duì)鈾具有很強(qiáng)的吸附性能。在Fe3O4@E-MnO2用量0.01g，Co=121.1mg/g，吸附時(shí)間6h，吸附溫度25℃，pH=7時(shí)，吸附容量達(dá)到了243.

8、4mg/g。增大鈾初始濃度，F(xiàn)e3O4@E-MnO2吸附容量顯著提高，當(dāng)C0=688.9mg/g，吸附溫度45℃時(shí)，吸附容量達(dá)到1325.8mg/g。動(dòng)力學(xué)研究表明，F(xiàn)e3O4@E-MnO2對(duì)水體中鈾離子的吸附更符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，其擬合相關(guān)系數(shù)R2達(dá)到0.9903。Freundlich與Langmuir等溫吸附模型相比，Langmuir等溫吸附方程能更好的描述Fe3O4@E-MnO2對(duì)鈾的等溫吸附行為。熱力學(xué)研究表明，F(xiàn)e3O4@E

9、-MnO2對(duì)鈾吸附在不同溫度下△G0均小于0，△H0值均大于0，證明了Fe3O4@E-MnO2吸附鈾的過程具有自發(fā)性，且過程為一吸熱過程。
　　以H2O2作為反應(yīng)物，將LDHs層狀材料剝離成超薄納米片，實(shí)現(xiàn)了LDHs層狀材料剝離的一步完成。改變H2O2的濃度分別為0wt％，10wt％，20wt％和30wt％研究H2O2對(duì)整個(gè)剝離過程的影響。結(jié)果顯示隨著H2O2含量的增加，產(chǎn)物L(fēng)DHs的結(jié)晶度下降，層間距增大。當(dāng)雙氧水含量為30wt