纖維形態(tài)LDHs基復(fù)合材料的可控制備及其性能研究.pdf

1、層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)是一種典型的陰離子型層狀粘土材料，在污染控制、化工分離和光學(xué)材料等方面有著廣泛的應(yīng)用。然而，在靜電引力和氫鍵的作用下，帶正電荷的LDHs層板和帶負(fù)電荷的層間陰離子發(fā)生層層組裝，LDHs納米片層層堆積形成有序的層狀結(jié)構(gòu)，其較小的層間距和比表面積，嚴(yán)重限制了LDHs的表面性能。
　　分級結(jié)構(gòu)LDHs基復(fù)合材料在連續(xù)的微、納米尺度范圍下具有二重或者多重形貌并呈現(xiàn)多層次分布，其特有的微結(jié)構(gòu)使其具有高比表面積和

2、特殊表面性質(zhì)。旨在開發(fā)多功能LDHs基復(fù)合材料，探究材料界面結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，本論文圍繞分級結(jié)構(gòu)LDHs復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和組分的設(shè)計展開了研究，成功制備了生物形態(tài)的Al2O3纖維、Mg-Al LDHs/Al2O3復(fù)合材料、Ni-Al LDHs/Al2O3復(fù)合材料和LDHs/ZnO/Al2O3復(fù)合材料，并運(yùn)用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)和氮?dú)馕?脫附對所制備的材料進(jìn)行表征，深入研究材料污染控制、生物分離和光學(xué)方面的應(yīng)

3、用。具體研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　(1)以廢紙中的纖維為模板，采用模板法制備纖維形態(tài)的Al2O3;以Al2O3纖維為鋁源，采用水熱法制備分級結(jié)構(gòu)的Mg-Al LDHs/Al2O3復(fù)合材料。由XRD分析可知，復(fù)合材料由非晶態(tài)的Al2O3和LDHs納米晶構(gòu)成。在微米尺寸Al2O3纖維表面原位生長一層LDHs納米片后，材料的比表面積由76.66 m2/g增加到165.0m2/g。采用不同的吸附等溫線和動力學(xué)模型，對吸附過程進(jìn)行擬合，結(jié)果

4、表明復(fù)合材料吸附氟離子的等溫線符合Langmuir模型，吸附動力學(xué)符合pseudo-second-order動力學(xué)模型。與單純的LDHs顆粒和Al2O3纖維相比，Mg-AlLDHs/Al2O3復(fù)合材料擁有較高的氟離子吸附性能，最大吸附量可達(dá)58.7 mg/g，表明所制備的Mg-Al LDHs/Al2O3復(fù)合材料在污染控制方面有著潛在應(yīng)用價值。
　　(2)結(jié)合生物模板法和原位生長技術(shù)，在Al2O3纖維表面原位生長Ni-Al LDHs

5、納米片，構(gòu)筑分級結(jié)構(gòu)的Ni-Al LDHs/Al2O3復(fù)合材料。在材料的制備過程中，探討了沉淀劑含量和水熱溫度對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的影響。將焙燒的Ni-Al LDHs/Al2O3復(fù)合材料應(yīng)用于吸附溶液中的牛血清白蛋白(BSA)，結(jié)果表明:復(fù)合材料中的大孔結(jié)構(gòu)對吸附BSA起決定性作用，復(fù)合材料在中性條件下有著較高的吸附性能。由于體積較小的無機(jī)陰離子與LDHs納米片之間的靜電引力，復(fù)合材料表面的吸附位點(diǎn)容易被體積較小的無機(jī)陰離子占據(jù)，致使被吸附的

6、BSA被釋放出來。在高濃度的鹽溶液中，被吸附的BSA幾乎被完全釋放出來（超過95％），表明所制備的Ni-Al LDHs/Al2O3復(fù)合材料在生物分離方面有著潛在應(yīng)用價值。
　　(3)以Zn-Al LDHs為基礎(chǔ)，設(shè)計多結(jié)構(gòu)和多組分LDHs復(fù)合材料。以Al2O3纖維為鋁源，通過控制水熱時間控制LDHs納米晶生長，制備分級結(jié)構(gòu)的Zn-AlLDHs/Al2O3復(fù)合材料。調(diào)變反應(yīng)溫度，控制鋅鹽的水熱和LDH納米片的生長，制備Zn-Al L

7、DHs/ZnO/Al2O3復(fù)合材料。通過材料的結(jié)構(gòu)和形貌分析可知，在較高的水熱溫度下有利于ZnO納米晶生長，而較長的水熱時間有利于LDHs納米片生長。對制備的復(fù)合材料進(jìn)行了紅外發(fā)射率測量，結(jié)果表明復(fù)合材料的微結(jié)構(gòu)對紅外發(fā)射率有一定影響。
　　通過以上三個部分的工作，本論文系統(tǒng)地對LDHs復(fù)合材料的微結(jié)構(gòu)和組分進(jìn)行了優(yōu)化，并考察了材料污染控制、生物分離和光學(xué)方面的應(yīng)用，為更深入廣泛地研究其它LDHs基復(fù)合材料提供了實(shí)驗和理論基礎(chǔ)。同