水滑石类阴离子型插层材料的结构、性质、制备及其在催化领域的应用

水滑石类(LDHs)化合物是阴离子型插层材料的典型代表,因其具有层板组成的可调变性和层间阴离子的可交换性等特征,使得此类材料在众多领域具有重要的应用价值.本文以LDHs层状化合物在催化领域的应用为背景,综述了LDHs的结构特征及酸碱催化性质,对阴离子插层LDHs的多种制备方法进行了比较和评述,并简要介绍了本课题组在LDHs负载纳米金催化剂方面的工作进展.     

磷钨酸柱撑锌铝水滑石复合材料的制备及光催化性能研究

本文采用剥离-重堆积法制备了磷钨酸柱撑锌铝水滑石复合材料,利用XRD、IR、N2吸附-脱附曲线及UV-Vis DRS等手段对复合材料进行表征,并以亚甲基蓝(MB)有机染料作为模型污染物,评价复合材料在MB降解中的光催化性能。实验结果表明:ZnAl–PW11O39复合材料的层间通道为1.38 nm,比表面积为23 m2/g,在紫外光下降解MB的光催化活性是前驱体ZnAl-LDH的2.4倍。提高的光催化活性归功于主客体之间形成紧密有效的异质结结构和增大的比表面积。     

聚氯乙烯/插层水滑石的热稳定性和力学性能

马来酸和水滑石(MgAl-CO3LDHs)反应制备马来酸根插层水滑石(MgAl-maleate LDHs),X射线衍射和红外光谱分析表明马来酸根已插层水滑石层间。把插层有马来酸根的水滑石填充聚氯乙烯(PVC),研究马来酸根插层水滑石对PVC热稳定性和力学性能的影响。结果表明:水滑石层间的马来酸根中的双键和PVC降解产生的C=C共轭双键发生Alder-delies加成反应,PVC的初期色泽得到改善,但PVC的长期热稳定性稍有降低;同时,插层改性后的水滑石改善了PVC和水滑石之间的相容性,提高了PVC的力学强度。     

Zn2+-Ni2+-Al3+-类水滑石@Al薄膜制备及其光催化性能

含过渡金属元素的类水滑石(LDHs)材料在可见光催化领域显示了广泛应用前景。然而LDHs粉末在催化反应中难回收、易流失,不利于材料的循环利用。以铝板为基体,通过原位生长技术在基体表面原位生长Zn²⁺-Ni²⁺-Al³⁺-LDHs,开辟制备Zn²⁺-Ni²⁺-Al³⁺-LDHs@Al材料的新方法。研究表明,Zn²⁺-Ni²⁺-Al³⁺LDHs薄膜在铝基底纵向生长,具有高取向性。LDHs结晶度较高,片层结构规整,极大暴露了LDHs催化活性较高的层板边缘。该薄膜材料具有较低禁带宽度、较高可见光催化活性。Zn²⁺-Ni²⁺-Al³⁺-LDHs@Al能够有效降解甲基橙(MO)有机染料废水,多次循环后对染料的降解率可达98%。该材料极大增强了对光的利用率,促进了光生电子和空穴对的分离和转移,提高了材料光催化活性,推动和强化了LDHs材料的...     

硅酸银@镁铝水滑石复合材料制备及光催化性能研究

利用水热法制备出六方片状镁铝水滑石(Mg-Al-LDHs),并以Mg-Al-LDHs为载体,采用化学沉积法成功制备出新型硅酸银@镁铝水滑石(AgSiO_x@Mg-Al-LDHs)复合光催化材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、热重分析(TG)等表征手段,对AgSiO_x@Mg-Al-LDHs复合材料进行结构和形貌分析。以氙灯模拟太阳光探究了Mg-Al-LDHs掺入量对复合光催化材料催化性能的影响。实验结果表明,Ag Si Ox与Mg-AlLDHs质量比为5∶1时,复合光催化材料降解亚甲基蓝(MB)的效果最好,光照30 min后其降解率达到99%;复合光催化材料降解MB的速率是纯AgSiO_x的1.53倍。     

插层三元锌镁铝水滑石的制备及其在PVC中应用

采用共沉淀-离心-水热法制备出形貌规整且高结晶度的锌镁铝水滑石(ZnMgAl-CO_3LDHs),以此为前驱体通过离子交换反应制备出磷酸二氢根插层锌镁铝水滑石(ZnMgAl-P LDHs),利用XRD、FT-IR、SEM、TG/DTG分析表明磷酸二氢根成功插入到锌镁铝水滑石层间,层间距从0.763 5 nm增加到1.226 0 nm。将磷酸二氢根插层锌镁铝水滑石与聚氯乙烯(PVC)复配,研究其对聚氯乙烯的热稳定性、力学性能及流变性能的影响,研究发现磷酸二氢根插层锌镁铝水滑石能够明显提高PVC的初期抑制变色性能,但是长期热稳定性略有降低;磷酸二氢根插层改性锌镁铝水滑石后提高了在聚氯乙烯基材中的分散性并改善了与聚氯乙烯之间的相容性,聚氯乙烯力学性能提高,但是加工流变性能稍有降低。     

含钛水滑石的制备表征及其光催化活性的验证

通过动态尿素法制备了不同二价金属的系列类水滑石M(Ni、Zn、Co)-Ti LDHs。通过XRD、SEM对产物进行表征,显示M(Ni、Zn、Co)-Ti LDHs均生成且具有较好的结晶度和晶型。通过紫外-可见漫反射光谱研究了样品的光吸收特性,显示3类水滑石在紫外可见区均具有吸收。在500 W氙灯(模拟太阳光)照射降解亚甲基蓝(5 mg/L)实验中验证催化剂的可见光催化活性,结果表明,3类水滑石相比市售TiO2均表现出较强的催化活性,3类水滑石具有一定的可见光催化活性,其中Zn-TiLDHs活性最高。在催化剂用量为20 mg,照射时间为4 h时,亚甲基蓝降解率达99.8%。     

硬脂酸锌改性水滑石热稳定剂的制备及应用

以镁铝碳酸根型水滑石[Mg Al-CO_3-LDH_s(LDHs)]为前驱体,硬脂酸锌(Zn St_2)为改性剂,通过离子交换反应制备硬脂酸锌改性水滑石(LDHs-Zn St_2)。采用XRD、FT-IR、SEM和TG进行表征,并研究其对聚氯乙烯(PVC)热稳定性能的影响。结果表明,硬脂酸锌成功插层到水滑石层间,层间距由0.78 nm增加到1.35 nm,热失重温度向高温移动,失重率增加。与LDHs和Zn St_2的复配热稳定剂相比,LDHs-Zn St_2能显著改善PVC的初期着色性和长期热稳定性能,二者之间有较好的协同作用。     

硼/锌掺杂钙铝水滑石的制备及其应用

采用共沉淀法制备了不同锌含量的硼酸三丁酯掺杂钙铝水滑石(CaAlZn-C_(12)H_(27)BO_3LDHs),并将其应用于聚氯乙烯(PVC)弹性体中,通过与无机硼酸掺混钙铝水滑石、钙铝锌水滑石进行应用对比,考察不同水滑石对PVC复合材料热稳定性、阻燃性、力学性能及不同锌含量对其残炭率的影响。结果表明:CaAlZn-C_(12)H_(27)BO_3LDHs形貌规整,峰形尖锐;随着锌含量的增加,PVC复合材料残炭率出现先上升后下降的趋势,且Ca~(2+)∶Al~(3+)∶Zn~(2+)最佳物质的量比为2∶1∶2;硼、锌离子掺杂水滑石对PVC复合材料的热稳定性、阻燃性及力学性能均优于硼酸锌/水滑石机械混合物。     

NiFe水滑石负载PdNi双金属纳米催化剂催化有机废水的降解

在不使用任何化学还原剂和稳定剂的条件下,利用超声原位还原法制备了镍铁水滑石(NiFe-LDHs)负载PdNi双金属纳米催化剂(PdNi/LDHs)。超声空化效应将LDHs表面的-OH基团激发出还原性强的氢自由基(H·),并还原Ni²⁺, Pd²⁺为Ni和Pd,同时也会使部分分解层间阴离子CO₃^2-,形成NO₃^-和Cl^-插层LDHs,增加层间距。表征分析结果表明,PdNi/LDHs上PdNi纳米颗粒分散均匀,Pd与Ni存在电子转移,两者的协同作用有利于催化降解有机废物的性能的提高。400 W超声波作用1 h下所制备的PdNi/LDHs催化降解有机废物的性能最佳。可在5 min内完全降解对硝基苯酚(4-NP)、甲基橙(MO)和甲基蓝(MB),11 min内完全降解刚果红(CR)。此方法为负载型纳米催化剂的环境友好制备提供借鉴。     

纳米层状双金属氢氧化物的制备及光催化性能研究进展

半导体光催化剂因其高效、生态友好、成本低等优点,可用于解决能源与环境问题。层状双金属氢氧化物(LDHs)是一类由两种或两种以上金属阳离子组成的金属氢氧化物,结构由主体层板和层间的插层阴离子及水分子相互交叠构成。LDHs纳米材料具有带隙可调、比表面积大、种类多样、成本低廉并且易与其他材料复合实现功能化等优点,因此LDHs纳米材料在光催化领域中表现出良好的应用前景。本文系统综述了近年来LDHs纳米材料的制备方法及其在光催化分解水制氢、吸附和降解有机染料,以及光催化还原二氧化碳等光催化领域的最新研究进展,为未来高性能LDHs基纳米催化材料的制备及催化性能调控提供了一定的参考。     

类水滑石材料及其在阻燃方面的研究进展

综述了类水滑石(LDHs)阻燃剂结构特点以及在热稳定、阻燃等方面的应用研究。主要介绍了多元水滑石、阴离子插层类水滑石的阻燃研究进展以及类水滑石与其他阻燃剂的协同效应,并对类水滑石的发展进行了展望。     

Zn/Al类水滑石及其插层材料的光催化性能

以氨水为共沉淀剂,采用低温共沉淀法合成了不同摩尔比的Zn/Al类水滑石,并通过离子交换法在层板间引入磷钨酸根离子,经焙烧后得到具有光催化性能的催化材料,研究插层前后类水滑石焙烧产物对甲基橙等染料的光催化降解性能。结果表明,CZn-Al-r催化剂具有优良的光催化降解有机染料的性能,通过调整催化剂前驱体中金属元素的比例,甲基橙和亚甲基蓝的降解率可在2 h内接近100%。而经磷钨酸插层后,IZnAl-2的光催化降解速率较CZnAl-2有所下降。     

改性水滑石对聚丙烯阻燃和力学性能的影响

以硝酸镁和硝酸铝为原料,采用共沉淀法制备了Mg/Al-CO_3-LDHs前体,然后通过阴离子交换法制备了衣康酸插层、钛酸酯偶联剂NDZ-201附着的复合改性水滑石(ITA-LDHs)。通过熔融共混法制备了阻燃性能和力学性能较好的ITA-LDHs改性的聚丙烯(PP)复合材料。通过FTIR、XRD、TGA和SEM对ITA-LDHs进行了表征。结果表明:衣康酸已经插入到水滑石层间,钛酸酯偶联剂已经附着在水滑石表面。对复合材料的极限氧指数(LOI)、垂直燃烧实验(UL-94)、热重曲线、热释放速率(HRR)、总热释放速率(THR)和质量损失率进行了测定,结果表明:随着水滑石添加量的增多,无论是未改性还是改性的水滑石都能对PP起到阻燃效果,且改性后的水滑石(LDHs)的LOI值、抗熔滴时间、热稳定性、成炭率均显著提高。当水滑石的添加量为30%(以聚丙烯的质量为基准,下同)时,ITA-LDHs改性PP的LOI达到27.5%,明显优于添加未改性LDHs PP的25.5%;UL-94等级达到V0级,优于未改性LDHs的V1级;通过测试材料的弯曲强度和拉伸强度可知,与未改性的水滑石相比,改性后的水滑石力学性能明显改善。     

氧化石墨烯掺杂锌铝类水滑石负载钯金催化剂的制备及催化性能

采用离子交换-还原法制备了氧化石墨烯(GO)掺杂锌铝类水滑石负载钯金双金属纳米颗粒的催化剂(Pd Au/Zn-Al LDHs/GO),通过XRD、TEM表征了催化剂的结构,以GO掺杂锌铝类水滑石为载体负载钯金纳米颗粒粒径小(约2nm)且分散均匀。以苯甲醇空气氧化形成苯甲醛的反应为模型,评价催化剂的催化性能,探讨了载体及钯、金比例对催化反应的影响。催化结果表明,氧化石墨烯掺杂的锌铝类水滑石是考察载体中最好的钯、金催化剂的载体,随着钯金比的增加催化剂的催化活性先增加后降低,生成苯甲醛的选择性下降,当钯金比例为1∶1时,催化剂(Pd1Au1/Zn-Al LDHs/GO)的综合催化性能最好,催化活性随反应温度的升高而升高,但选择性随温度的升高而下降。在Pd1Au1/Zn-Al LDHs/GO催化下,80℃反应8h后苯甲醇的转化率可达96%,苯甲醛的选择性为93%,催化剂循环使用4次后仍保持较好的催化性能。     

Zn–M–Cr三元类水滑石的合成及其光催化性能

采用共沉淀法制备CO_3~(2–)为层间阴离子的Zn–M–Cr–CO_3–HTLCS(类水滑石)三元类水滑石样品,Zn~(2+)、M~(2+)、Cr~(3+)摩尔比为1.5︰1.5︰1.0,M=Mg、Mn、Co、Ni、Cu。用X射线衍射、红外光谱、热重–差热分析和紫外–可见漫反射光谱等分析技术对三元类水滑石的结构和性质进行表征。结果表明:不同二价金属阳离子取代的5种三元类水滑石都具有水滑石的典型层状结构。取代二价金属阳离子半径越小,晶胞参数a值也越小,三元水滑石热稳定性越好。考察了光照时间和催化剂种类、用量等因素对三元类水滑石光催化降解罗丹明B(RhB)溶液的影响,讨论了光催化降解RhB的反应机理。结果表明:Zn–Ni–Cr–CO_3–HTLCS的光催化性能最好,其用量为0.1 g/50 mL条件下,光照120 min,RhB的降解率达到90.72%,循环使用4次后,对RhB的降解率保持在90%左右,且催化剂晶体结构不变。     

Zn/Cr水滑石吸附-可见光催化水中有机污染物

通过共沉淀法合成可循环使用的阴离子粘土材料锌铬水滑石(Zn/Cr LDHs),并借助X射线衍射(XRD),N2吸附-脱附曲线,扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见光漫反射光谱(DRS)等对其进行表征分析。以刚果红为模型污染物,研究了Zn/Cr LDHs去除有机污染物的吸附-可见光光催化活性。通过等温吸附试验,得到Langmuir等温线,其饱和吸附量为426.29 mg/g。Zn/Cr LDHs在氙灯模拟太阳光照射下,每次试验180 min,第5次后脱色率仍高达96.35%,具有良好的可循环使用性。刚果红吸附等温线符合Langmuir模型,吸附过程符合拟二级动力学模型,内扩散为主要控速步骤,吸附过程是自发的放热过程,低温有利于吸附的进行。     

插层改性锰镁铝水滑石对EVA阻燃及力学性能的影响

乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）易燃烧,且燃烧产物含有一氧化碳。采用微波晶化法分别用碳酸根、硬脂酸、硼酸根、十二烷基硫酸根及其混合阴离子合成插层组装的锰镁铝水滑石,FT-IR和XRD结果显示插层组装的样品进行了成功制备。将改性的水滑石分别按5%和20%比例与EVA混合制备成复合材料,并对其进行阻燃性能和力学性能的测定。测试结果表明：插层组装的锰镁铝水滑石有助于提高EVA的阻燃性能,且插层阴离子对EVA的断裂拉伸率及拉伸强度均有不同程度的影响。     

Zn-Al-CO3 LDHs催化碳酸二苯酯与1,4-丁二醇酯交换合成聚碳酸酯二醇

采用共沉淀法制备了不同n(Zn)/n(Al)比的锌铝类水滑石(Zn-Al-CO3 LDHs),并用XRD、FT-IR和TG-DTA等方法对它们进行了表征。研究了不同n(Zn)/n(Al)比的Zn-Al-CO3 LDHs对碳酸二苯酯(DPC)与1,4-丁二醇(1,4-BD)酯交换反应合成聚碳酸酯二醇(PCDL)的催化活性,并与镁铝水滑石(Mg-Al-CO3 LDHs)、乙醇钠和三乙烯二胺等催化剂进行了比较。在酯交换过程中,以苯酚的收率表征催化剂的活性;在缩聚过程中,以产品的数均分子量Mn、羟基值表征催化剂的活性。结果显示,n(Zn)/n(Al)比为2.0的Zn-Al-CO3 LDH的催化活性较好。在优化反应条件下,获得了分子量分布较窄的PCDL,其数均分子量为1610,羟基值为69.7 mg KOH.g.1。     

磷钨酸插层锌钛水滑石的制备及催化脂肪酸甲酯环氧化反应

采用离子交换法制备了一系列磷钨酸根插层Zn-Ti水滑石,利用XRD、FTIR、SEM对所制催化剂进行了表征。结果表明,磷钨酸根插层锌钛水滑石后仍保持原有的骨架结构。用制备的类水滑石催化脂肪酸甲酯环氧化反应,考察了所制催化剂的催化性能。当n(过氧化氢)∶n(原料双键)=1.5∶1,催化剂用量为脂肪酸甲酯质量的7.0%,在70℃下反应7 h时,脂肪酸甲酯转化率可达90.6%,环氧化产物选择性可达86.0%,优于Zn-Ti水滑石,其对脂肪酸甲酯环氧化反应显示出较高的催化活性。插层水滑石重复使用5次后,催化性能仍较稳定。