硅藻土的可控沸石化及其对铅离子的吸附固定

铅离子已造成严重的环境污染,所以开发高效的处理材料势在必行。以硅藻土作为基材和原料,采用水热合成的方法对硅藻土进行沸石化改性,制备出硅藻土/沸石复合吸附剂。将这一吸附剂用于水相以及多相体系（如土壤）中铅离子的吸附、固定,室温下水溶液中铅（Ⅱ）的最高吸附量可达448.20 mg/g。土壤连续浸提（BCR）实验结果表明,500 mg/kg铅污染土壤中加入质量分数为1%至10%的复合吸附剂,固定钝化7 d后易迁移的可交换态（EX）铅质量分数从9.25%降至1.97%,转化为稳定的组分,且随着时间延长至60 d,可交换态铅含量仍维持在较低水平。上述结果证实了合成的硅藻土/沸石复合材料具有良好的铅离子吸附和固定性能,在环境净化领域表现出经济、绿色、便捷的特点,因此具有较大的推广应用潜力。     

麦羟基硅钠石的可控合成及其阳离子交换性能研究

目前,开发绿色高效的重金属吸附材料受到人们的广泛关注。以硅藻土为原料,经水热法选择性地制备了2类硅酸盐材料即麦羟基硅钠石和方沸石。吸附测试结果表明,麦羟基硅钠石层间的钠离子能够与锂离子、镁离子、锌离子、钴离子、镍离子、铜离子等进行阳离子交换且能保持层状母体框架的稳定性。以钴离子、镍离子为例深入研究其吸附动力学和吸附机制发现,钴离子和镍离子的嵌入分别将麦羟基硅钠石的层间距由本征的1.56 nm减小到0.24、0.23 nm;室温下,对钴离子、镍离子的最大吸附量分别可达45、39 mg/g,均符合Langmuir单层吸附模型;钠离子的置换量大约是吸附的钴离子、镍离子量的两倍,证实层间离子交换主导吸附化学过程。因此,麦羟基硅钠石材料在多金属硅酸盐功能材料的合成以及环境吸附净化领域具有较大的应用潜力。     

硅藻土原位生长Nb2O5纳米棒及表面Cr(VI)吸附转化行为研究

以活化铌酸为铌源, 草酸铵为沉积剂, 十二烷基苯磺酸钠为模板剂, 采用水热法在硅藻土表面原位生长Nb₂O₅纳米棒。采用SEM、TEM、XRD、BET、FT-IR和XPS等分析方法对样品进行表征, 反应14 h后, Nb₂O₅纳米棒长度为500~700 nm, 直径为25~35 nm; 硅藻土原位生长Nb₂O₅纳米棒样品比表面积为157 m²/g。研究了样品对Cr(VI)的吸附与光还原行为, 可见光条件下对Cr(VI)吸附量可达220 mg/g; 紫外光条件下, 可将表面吸附的Cr(VI)转变为Cr(III), 样品经过5次循环使用后, 对Cr(VI)(100 mg/L)降解率仍能保持在93%左右。样品可对重金属污染废水中Cr(VI)进行吸附与毒性降解一体化去除。     

Nb2O5纳米线/碳纤维制备及Cr(Ⅵ)吸附降解研究

以铌酸前驱体为铌源,十二烷基硫酸钠为模板剂,草酸铵为沉积剂,采用水热法制备了Nb2O5纳米线/碳纤维复合材料.采用SEM、TEM、XRD、BET、ICP等对样品性能进行了表征,Nb2O5纳米线长度为2~3 mm,直径为15~30 nm,呈单晶形态.研究了样品对Cr(Ⅵ)吸附与光还原降解能力,对Cr(Ⅵ)最大吸附量为115.6 mg/g;在紫外光照射条件下,反应50 min对Cr(Ⅵ)毒性降解率可达94.5%.     

N,N’,N义-三（3-吡啶基）均苯三甲酰胺的合成及晶体结构

为确定有机晶体中的分子排列,以均苯三甲酸、氯化亚砜、3-氨基吡啶为原料,采用酰胺缩合反应合成N,N’,N″-三(3-吡啶基)均苯三甲酰胺(TPTA),并研究其晶体结构.利用核磁共振氢谱、红外光谱、X射线粉末衍射以及X射线单晶衍射对其进行表征.结果发现:TPTA晶体为三方晶系,空间群为P 3-,晶胞参数a=1.400 48(2)nm,b=1.400 48(2)nm,c=0.848 98(3)nm,α=90°,β=90°,γ=120°,Z=2,V=1.442 05(6)nm3,Dc=1.003 g/cm3,μ=0.07 mm-1,F(000)=450.0,R1=1.101,wR2=0.343,S=1.52.研究结果表明:TPTA分子间通过氢键结合,形成了一种含有孔隙直径约为1.087 nm的有机多孔结构.     

硅藻土基复合材料在能源与环境领域的应用进展

相比于传统的纳米颗粒材料,无机有序多孔纳米材料具有大的比表面积、高的吸附容量和许多特殊性能,在吸附、分离、催化等领域得到广泛应用。硅藻土作为一种天然的矿物材料具有多级孔道结构,是一种优良的无机多孔材料。过去对硅藻土的开发与利用的方式较为粗犷,例如用于建筑材料、过滤填料等低附加值材料。近年来,由于硅藻土具有独特的纳米和微米形态天然多孔三维分层结构、高比表面积,以及良好的热稳定性和高性价比,其研究与利用逐渐成为微纳米技术领域的热点,在微纳米尺度引出一系列理论和技术问题,其研究成果也逐步应用到工业与民生领域。得益于自身天然多孔的三维分层结构,硅藻土具有较高的比表面积,因而有潜力成为储能器件的原材料。然而,硅藻土存在高电阻率等缺点,不利于能量转换和储存等应用。为此,研究者对硅藻土的优化开展了大量的工作。具体地说,一方面将具有电化学性质的材料负载于硅藻土表面,利用硅藻土表面的硅羟基与修饰材料进行价键匹配,使复合材料具有较高的导电特性;同时,借助硅藻土高的比表面积及多孔结构,可大幅提高硅藻土基复合材料的电化学性能。另一方面,将硅藻土完全转化为另一种高导电性材料,以进一步提高复合材料的导电性能。硅藻土基复合材料在储能方面的应用已经引起广泛关注,并显示出巨大的潜力和发展空间。三维多孔材料在环境领域也具有广阔的应用空间。表面修饰可赋予硅藻土三维多孔材料优异的性能。例如,采用硅藻土表面硅羟基与纳米金属氧化物通过氢键进行结合,可显著改变纳米金属氧化物的表面价键排布,从而影响材料的性能。现阶段国内外针对硅藻土基复合材料在环境领域的应用已经开展了大量的研究工作。主要通过表面化学修饰的手段在硅藻土表面可控沉积功能材料实现功能性复合材料的构筑。这种复合材料保持着硅藻土的孔道结构,其较高的比表面积为功能材料提供了大量的活性位点,可显著提升硅藻土复合材料的性能。硅藻土基复合纳米材料是近年来出现的一个新的研究领域,它在超级电容器储能、锂电池、重金属污染物吸附、降解、催化合成等诸多领域得到了研究及应用。根据近年来国内外在硅藻土材料方面的研究现状,本文介绍了使用硅藻基复合材料在能源及环境领域应用的新进展。     

硅藻土原位生长Nb_2O_5纳米棒及表面Cr(Ⅵ)吸附转化行为研究

以活化铌酸为铌源,草酸铵为沉积剂,十二烷基苯磺酸钠为模板剂,采用水热法在硅藻土表面原位生长Nb_2O_5纳米棒。采用SEM、TEM、XRD、BET、FT-IR和XPS等分析方法对样品进行表征,反应14 h后,Nb_2O_5纳米棒长度为500~700 nm,直径为25~35 nm;硅藻土原位生长Nb_2O_5纳米棒样品比表面积为157 m~2/g。研究了样品对Cr(Ⅵ)的吸附与光还原行为,可见光条件下对Cr(Ⅵ)吸附量可达220 mg/g;紫外光条件下,可将表面吸附的Cr(Ⅵ)转变为Cr(Ⅲ),样品经过5次循环使用后,对Cr(Ⅵ)(100 mg/L)降解率仍能保持在93%左右。样品可对重金属污染废水中Cr(Ⅵ)进行吸附与毒性降解一体化去除。     

五氧化二铌纳米棒合成及其光催化性能

在醋酸溶剂中,以氢氟酸和氨水活化得到的铌酸(Nb2O5·nH2O)为前驱物,溶剂热合成出一种纳米线状结构氧化铌,结合在400℃下焙烧样品1h,制备了Nb2O5纳米棒。通过XRD、SEM、TEM分析表明,制备的Nb2O5纳米棒为六方晶相结构,晶型单一,沿c轴[001]方向结晶生长。以亚甲基蓝和罗丹明B为例,测试焙烧后的Nb2O5纳米棒光催化活性,发现Nb2O5纳米棒对两种有机染料均具有较高的光催化效果;染料浓度增高,催化效率降低。同时发现,由于存在对亚甲基蓝强吸附作用,所以对亚甲基蓝移除效果优于对罗丹明B的移除效果。