四元類水滑石的制備及性能研究.pdf

1、類水滑石(LDHs)是一種具有層狀結(jié)構(gòu)的新型功能材料，其焙燒產(chǎn)物(LDOs)相比于類水滑石具有更大的比表面積與更強(qiáng)的堿性，可用作吸附劑、催化劑和催化劑載體。近年來，研究者嘗試將二元和三元LDOs用于NOx的吸附消除，并取得了較為理想的效果。 本文首次采用共沉淀法制備了不同元素比例的Cu/Co/Mg/Al與Zn/Ni/Mg/Al四元類水滑石，以元素分析、XRD、IR、SEM、BET等手段對其組成與結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并測試了Zn/Ni/

2、Mg/Al-LDOs和Cu/Co/Mg/Al-LDOs對NOx的常溫吸附性能。 研究結(jié)果表明，改變LDOs層板元素種類與比例將影響其吸附NOx性能。在不同元素比例的Cu/Co/Mg/Al-LDOs與Zn/Ni/Mg/Al-LDOs中，CU1.13Co1.07Mg0.94Al-LDOs與ZnNi1.02MgAl-LDOs的吸附性能最佳，飽和吸附容量分別達(dá)到2.8與2.3g/g。進(jìn)一步通過LDOs的比表面積測試與NOx吸附動(dòng)力學(xué)研究

3、發(fā)現(xiàn)，LDOs的吸附性能與其比表面積和表觀吸附活化能相關(guān)：比表面積越大，吸附活化能越小，則NOx飽和吸附量越大。其中，飽和吸附容量最大的Cu1.13Co1.07Mg0.94Al-LDOs與ZnNi1.02MgAl-LDOs，比表面積分別為150.85與159m2/g，表觀吸附活化能分別為45.5與57.5kJ/mol。 在XRD、IR及SEM等手段考察吸附NOx前后LDOs結(jié)構(gòu)變化的基礎(chǔ)上，我們推測了LDOs吸附NOx機(jī)理。LD

4、Os首先通過物理吸附使NOx富集在LDOs表面上；然后，吸附在活性金屬元素(如Ni2+、Zn2+)上的NOx被氧化成為NO2，并可能在一定的空氣濕度條件下形成了NO3-；最后，由于LDOs的“記憶效應(yīng)”，生成的NO3-將與LDOs重組成LDHs層狀結(jié)構(gòu)。 此外，我們還利用反相氣相色譜法(IGC)，以非極性烷烴作為探針分子，研究了類水滑石的表面特性。結(jié)果表明，探針分子的碳鏈長度、LDHs層板元素與插層陰離子種類與比例、表面改性等因

5、素對其表面性質(zhì)有較大影響：(1)探針分子在同一種LDOs上的吸附能量與其碳數(shù)基本呈線性關(guān)系，且表面吸附自由能△Gθ、吸附熱焓△Hθ、吸附熵變△Sθ均為負(fù)值，說明吸附過程是自發(fā)的、放熱的、混亂度減小的過程；(2)改變二元M3Al-LDOs(M=Zn、Ni、Mg、Cu、Co)層板元素種類，Zn3Al-LDOs的表面吸附自由能△Gθ最大，而Mg3Al-LDO的吸附熱焓△Hθ、吸附熵變△Sθ最大；(3)改變Mg/Al-LDOs的鎂鋁摩爾比，△H

6、θ、△Sθ隨著Mg/Al的增加而增加，而△ΔGθ與Mg/Al-LDOs的比表面積變化相一致，隨著Mg/Al的增加先增加后減??；(4)PO43-、P2O74-與P3O105-插層前驅(qū)體后，將有利于類水滑石對非極性探針分子的吸附；(5)乙二胺改性過的Mg3Al-LDOs，其表面吸附自由能△Gθ要比未改性的Mg3Al-LDOs大，并且表面熵變△Sθ增加一倍；而乙二醇改性過的Mg3Al-LDOs對探針分子的作用力較強(qiáng)，探針分子被捕獲而未出現(xiàn)色譜