（化学工程与技术专业论文）基于水滑石的复合功能材料制备及性能研究.pdf

北京化工大学位论文原创性声明 刚0 f l f f i l | | | i 舢 y 18 7 7 4 d i 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：日期：型丛! 妒 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论 文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单 位属北京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公 布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在上年解密后适用 本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授 权书。 作者签名： 导师签名：日期：一鲨坐兰：望 学位论文数据集 中图分类号 t q 0 1 3 学科分类号 5 3 0 9 9 论文编号 1 0 0 1 0 2 0 l l1 0 7 6密级 无 学位授予单位代码 1 0 0 l o 学位授予单位名称 北京化i ：人学 作者姓名 匡哗学号 2 0 0 8 0 0 1 0 7 6 获学位专业名称 化学1 ：程与技术 获学位专业代码 0 8 1 7 0 4 课题来源 国家自然科学基金 研究方向有机无机复合材料 论文题目 基丁水滑石的复合功能材料制备及性能研究 关键词水滑石焙烧产物光降解 染料分子 电纺丝荧光性能 论文答辩日期 2 0 1 1 年5 月1 7 日 事论文类型 基础研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称j i i 作单位 学科专长 指导教师徐赛龙 副敦授北京化i ：人学 廊州化学 评阅人l 张法智教授 北京化i ：人学应川化学 评阅人2 林彦军副教授 北京化j ：人学 应用化学 评阅人3 路艳罗副教授 北京化上人学无机功能材料 评阅人4 评阅人5 答辩委员会主席 万平玉教授 北京化工大学 电化学 答辩委员1 张法智 教授北京化工大学 应用化学 答辩委员2 杨兰副教授 北京化t 大学 虑川化学 2 1 = 辩委员3 金鑫 副教授北京化t 大学 无机化学 答辩委员4 张丽丹 教授北京化丁大学 物理化学 答辩委员5 陈咏梅 副教授北京化i ：入学 电化学 _ 二中蚓分类号住中围图f ；资料分类法查洵。 二学科分类号住中华人氏共和国国家标准( g b 厂r1 3 7 4 5 9 ) 学科分类与代码中查 询。 四论文编号由单何代码和年份及学号的后四位组成， 摘要 基于水滑石的复合功能材料制备及性能研究 摘要 水滑石( l a y e r e dd o u b l eh y d r o x i d e s ，l d h s ) 是一种层状的无机多功 能材料，在应用时常与有机分子复合形成无机有机复合材料。水滑石 本身可以吸附水中有害的有机分子，起到水处理的作用。同时，染料 分子插层的水滑石还可以作为多功能材料使用。而以水滑石为前驱体 的焙烧产物尖晶石与半导体复合以后因其较宽的吸光范围常被用于 光催化技术中，特别是在降解有机污染物方面表现突出。 本论文研究了水滑石前驱体的焙烧产物选择性光降解染料分子的 性能及其机理、染料分子插层的水滑石复合材料的荧光性能。具体研 究内容如下： 1 采用喷雾干燥法制备得到粒径分布均匀的水滑石微球，经焙烧 后得到z n o z n a l 2 0 4 复合材料，对其形貌、粒径分布、比表面、孔径 分布进行研究，并将其用于亚甲基蓝( m b ) 、甲基橙( m o ) 的紫外 光催化降解研究。研究结果表明：喷雾干燥法制备得到的水滑石微球 是由水滑石片堆积而成，孔径分布较窄，比表面大，易于吸附染料分 子，且焙烧后能保持球形形貌。光降解实验结果显示z n o z i a l 2 0 4 微球复合材料对m b 、m o 均具有明显的光催化降解效果，降解效率 约为9 8 左右，可重复利用。相同浓度的m b 与m 0 体积比为1 ：1 混合后，z n o z n a l 2 0 4 微球复合材料具有选择性降解作用，优先降解 m 0 ，且光降解率为9 8 左右。 北京化工大学硕- ：研究生学位论文 并进一步从实验和理论上解释了z n o z i 认1 2 0 4 微球复合材料对 m b 、m o 的光催化降解和选择性降解的机理。通过红外表征手段表 明其表面对m b 、m o 均具有吸附性能，通过计算z n o z n a l 2 0 4 微球 复合材料的禁带宽度，从电荷及空穴运动过程的角度解释了光催化机 理。对于m b 、m o 选择性光降解的机理，通过c 0 2 t p d 的方法证实 了z n o z n a l 2 0 4 微球复合材料表面呈碱性，易于吸附酸性分子。因此， m o 分子能够优先吸附到催化剂表面被降解。同时说明在 z n o z i 认1 2 0 4 微球复合材料选择性光催化降解m b 、m o 的反应中， 催化剂表面酸碱性起主要作用。 2 采用静电纺丝的方法，制备了磺基罗丹明插层的 c a a l l d h p v a 复合纤维薄膜。研究了水滑石粉体在p v a 纤维薄膜 中的分散，并考查该复合薄膜在不同p h 值条件下的荧光和抗淬灭性 能。研究结果表明：水滑石粉体容易团聚，且随着水滑石加入量的增 大，团聚现象尤为明显。当p v a 和水滑石的配比适量时，水滑石可 以在p v a 薄膜中均匀分散且具有良好的荧光性能。在p h 值为7 4 的范围中该复合薄膜的荧光强度呈现线性变化，有望用作该p h 值范 围的检测指针；并且该薄膜在4 0 0 m m l 的n a c l 溶液中依然保持荧 光活性，具有优异的抗淬灭性能。 关键词：水滑石；焙烧产物；光降解；染料分子；电纺丝；荧光性能 a b s t r a c t p r e p r a t i o n so fl a y e r e dd o u b l eh y d r o x i d e b a s e dc o n l p o s i t e f u n c t i o n a lm a t e r i a l sa n dt h e i r p r o p e r t i e s a b s t r a c t l a y e r e dd o u b l eh y d r o x i d e s ( l d h s ) a r eal a 唱et y p eo fa n i o n i c 1 a y e r e df u n c t i o n a lm a t e r i a l s ，w h i c hh a v eb e e ni n t e n s i v e l yi n v e s t ig a t e d r e c e n t l yb e c a u s eo ft h e i rv a r i o u sa p p l i c a t i o n ss u c ha sc a t a l y s t s ，s o r b e n t s ， l i t h i u m i o nb a t t e 哕e l e c t r o d e s ，a n dc a m e r sf o rc e l l u l a rd r u ga n dg e n e d e l i v e r y i nt h i sp r e s e n ts t l l d y ，l d h - b a s e dc o m p o s i t e 如n c t i o n a lm a t e r i a l s w e r ep r e p a r e d ，i n v o l v i n gb o t hz n o z n a l 2 0 4c o m p o s i t em i c r o s p h e r eu s e d a sp h o t o c a t a l y s ta n dc a a l - ( 1 y e l d h p v ac o m p o s i t en a n o f i b e rm a tw i t h f l u o r e s c e n tp r o p e r t i e s t h ed e t a i l si n v o l v e da r ep r e s e n t e da sf 0 1 l o w s 1 z n 0 z n a l 2 0 4c o m p o s i t em i c r o s p h e r ew a sf a b r i c a t e db yc a l c i n a t i n g z n a l l d hp r e c u r s o rm i c r o s p h e r e t h em o i p h 0 1 0 9 y ，s i z ed i s t r i b u t i o n ， s u r f a c ea r e a ，p o r es i z ed i s t r i b u t i o nw e r ei n v e s t i g a t e db ys e m 、b e ta n d t e m t h er e s u l t ss h o w e dt h a tz n o z n a l 2 0 4m i c r o s p h e r em a i n t a i n e dt h e h i e r a c h i c a l l ys p h e r i c a lm o 印h 0 1 0 9 y o ft h e c o n e s p o n d i n gp r e c u r s o r p h o t o c a t a l 舛i cp r o p e r t y e v a l u a t i o ns h o w e dt h a tt h e z n o z n a l 2 0 4 l i l 北京化工人学硕：卜研究生学位论文 c o m p o s i t em i c r o s p h e r e e x h i b i t e de n h a n c e d p h o t o d e g r a d a t i o n p e r f o m a n c et om e t h y lb l u e ( m b ) a n dm e t h y lo r a n g e ( m o ) ，a n da p r e f e r e n t i a lp h o t o d e g r a d a t i o nt om oo ft h em i x t u r e t h ee n h a n c e m e n t a n ds e l e c t i v i t yw e r ei l l u s t r a t e de x p e r i m e n t a l l yi nt e m so fs u r f a c ea c i d i 吼 o u rr e s u l t sm a yo p e nu pam e a n st op r o d u c ep r o m i s i n gh i g h l ye f ：e i c i e n t p h o t o c a t a l y s ti nl a 唱ea m o u n t s 2 c o m p o s i t e n a n o f i b r o u sm a to fs u l f o r h o d a m i n eb( s r b ) i n t e r c a l a t e dc a a l - l d ha n dp v aw a sp r e p a r e db yu s i n ge l e c t r o s p i n i n g s e mo b s e a t i o n ss h o w e dt h a tal o wc o n t e n to fc a a l s r b l d hw a s f o u n dt oa 1 1 e v i a t et h e a g g l o m e r a t eo fl d h f l u o r e s c e n tp r o p e r t i e s s h o w e dt h a tw i t h i nar a n g eo f p h v a l u e 厅o m7 ot o9 4t h ec o m p o s i t em a t e x h i b i t e dal i n e a rr e l a t i o h s h i pa g a i n s ti n c r e a s i n gp hv a l u e ，w h i c hc a nb e p r o s m i s i n g l yu s e df o rp hd e t e c t i o n i na d d i t i o n ，t h ec o m p o s i t em a t r e t a i n e da c t i v ei nn a c ls o l u t i o nw i t hc o n c e n t r a t i o n4 0 0 m m lw h i c h d e m o n s t r a t e dae x c e l l e n ta n t i q u e n c h i n gp r o p e r t y k e yw o r d s ：l d h ，c a l c i n e dp r o d u c t ，p h o t o c a t a l y s t ，e l e c t r o s p i n i n g ， d y em 0 1 e c u l e i v 目录 目录 第一章前言。1 1 1 染料废水概况一l 1 1 1 我国的染料废水的现状l 1 1 2 染料废水的特征及危害l 1 2 染料废水的处理方法。l 1 2 1 物理处理法1 1 2 2 化学处理法2 1 2 3 生物降解法3 1 3 水滑石及其焙烧产物尖晶石的结构4 1 3 1 水滑石的结构4 1 3 2 尖晶石的结构5 1 4 基于水滑石的复合功能材料研究现状6 1 4 1 红外吸收材料一6 1 4 2 紫外阻隔材料6 1 4 3 阻燃材料6 1 4 4 缓释材料7 1 5 尖晶石光催化的研究现状7 1 5 1 尖晶石光催化的原理7 1 5 2 尖晶石光催化的研究现状8 1 5 3 提高尖晶石光催化性能的途径一l o 1 6 论文的目的、意义与主要内容1 2 1 6 1 论文的目的和意义1 2 1 6 2 论文的主要内容一1 3 第二章实验部分1 4 2 1 实验原料1 4 ，2 1 1 无机原料1 4 2 1 2 有机原料1 5 v 北京化- t 大学硕1 1 ：研究生学位论文 2 2 试验仪器1 6 2 3 实验内容1 7 2 3 1c a a l 水滑石的制备1 7 2 3 2s i 氇插层水滑石1 7 2 3 3 静电纺丝制备p 、w 水滑石薄膜。1 8 2 3 4z n a l 水滑石前驱体的制备。1 8 2 3 5 喷雾干燥法制备水滑石微球1 8 2 3 6z n o z n a l 2 0 4 复合光催化剂的制备1 9 2 3 7m b 、m o 混合溶液的制备1 9 2 3 8z n o z n a l 2 0 4 复合材料光催化降解m b 、m o 1 9 2 3 9z n o z r a l 2 0 4 复合材料光催化降解m b 、m o 混合溶液1 9 2 3 1 0 商用z n o 光降解m b 、m o 对比试验2 0 2 4 样品的结构、性能及仪器表征2 0 2 4 1x 射线衍射分析( ) ( 1 王d ) 2 0 2 4 2 扫描电镜分析( s e m ) 2 0 2 4 3 荧光分光光度计( r f p c ) 2 0 2 4 4 荧光显微镜2l 2 4 5 高分辨透射显微镜分析( h r t e m ) 2 l 2 4 6 比表面分析( b e t ) 一2 l 2 4 7 紫外可见光谱分析( u v - v i s ) 2 l 2 4 8 激光粒度分析仪2 l 2 4 9 红外光谱仪2 l 2 4 10t p d 2 l 2 4 1 1z e t a 电位仪2 2 第三章z n o z n a l 2 0 4 复合材料光催化性能研究2 3 3 1z n a l 水滑石前体及其焙烧产物的结构与形貌2 3 3 1 1z n a l 水滑石前体的结构、形貌2 3 3 1 2z n a l 水滑石微球的结构、形貌与物理性质2 4 3 1 3z n o z i a l 2 0 4 复合材料的结构、形貌与物理性质2 6 3 2z n o z n a l 2 0 4 复合材料光催化反应装置及性能表征3 0 3 2 1 光催化反应装置3 0 3 2 2z n o z n a l 2 0 4 复合材料紫外光降解m b 性能一3 0 v l 目录 3 2 3z n o z f a l 2 0 4 复合材料紫外光降解m o 性能3 3 3 2 4z n o z n a l 2 0 4 复合材料选择性紫外光降解m b m o 混合溶液3 5 3 - 3z n 0 z n a l 2 0 4 微球复合材料的能带结构3 7 3 4z n o z i a l 2 0 4 微球复合材料光催化降解机理3 8 3 5z n o z n a l 2 0 4 微球复合材料对m b 、m o 选择性吸附机理4 0 3 5 1z n o z n a l 2 0 4 微球复合材料对m b 、m o 的吸附4 0 3 5 2z n o z n a l 2 0 4 微球复合材料表面电荷研究4 1 3 5 3z n o z n a l 2 0 4 微球复合材料表面酸碱性研究4 6 3 6 本章小结4 7 第四章p v 剐水滑石复合纤维薄膜的制备及其荧光性能研究。4 8 4 1p v 水滑石复合纤维薄膜的结构与形貌4 8 4 2p v 水滑石薄膜性能表征5 2 4 2 1u v - v i s 吸收光谱。5 2 4 2 2 荧光性能测试。5 2 4 2 3 抗淬灭性能测试5 5 4 3 本章小结5 5 第五章结论5 7 本论文的创新点。5 8 参考文献5 9 至殳谢。6 3 攻读硕士期间发表的学术论文。6 4 作者和导师简介6 5 v l i c o n t e n t s co n t e n t s 第一章前言1 1 1 染料废水概况l 1 1 1 我国的染料废水的现状1 1 1 2 染料废水的特征及危害l 1 2 染料废水的处理方法1 1 2 1 物理处理法一l 1 2 2 化学处理法2 1 2 3 生物降解法3 1 3 水滑石及其焙烧产物尖晶石的结构4 1 3 1 水滑石的结构4 1 3 2 尖晶石的结构。5 1 4 基于水滑石的复合功能材料研究现状6 1 4 1 红外吸收材料。6 1 4 2 紫外阻隔材料6 1 4 3 阻燃材料6 1 4 4 缓释材料。7 1 5 尖品石光催化的研究现状7 1 5 1 尖晶石光催化的原理一7 1 5 2 尖晶石光催化的研究现状8 北京化t 人学硕士研究生学位论文 1 5 - 3 提高尖晶石光催化性能的途径1 0 1 6 论文的目的、意义与主要内容1 2 1 6 1 论文的目的和意义1 2 1 6 2 论文的主要内容l3 第二章实验部分1 4 2 1 实验原料1 4 2 1 1 无机原料1 4 2 1 2 有机原料1 5 2 2 试验仪器1 6 2 3 实验内容1 7 2 3 1c a a l 水滑石的制备1 7 2 3 2s r b 插层水滑石17 2 3 3 静电纺丝制备p v 水滑石薄膜1 8 2 3 4z n a l 水滑石前驱体的制备l8 2 3 5 喷雾干燥法制备水滑石微球1 8 2 3 6z n o z n a l 2 0 4 复合光催化剂的制备。1 9 2 3 7m b 、m o 混合溶液的制备1 9 2 3 8z n o z n a l 2 0 4 复合材料光催化降解m b 、m o 1 9 2 3 9z n o z n a l 2 0 4 复合材料光催化降解m b 、m o 混合溶液1 9 2 3 1 0 商用z n o 光降解m b 、m o 对比试验一2 0 2 4 样品的结构、性能及仪器表征2 0 i x c o n t e n t s 2 4 1x 射线衍射分析( ) 2 0 2 4 2 扫描电镜分析( s e m ) 2 0 2 4 3 荧光分光光度计( r f p c ) 二2 0 2 4 4 荧光显微镜2 1 2 4 5 高分辨透射显微镜分析( h r t e m ) 。2 l 2 4 6 比表面分析( b e t ) 2l 2 4 7 紫外可见光谱分析( u v 州s ) 2 l 2 4 8 激光粒度分析仪2 l 2 4 9 红外光谱仪2 l 2 4 1 0t p d 2 l 2 4 1 1z e t a 电位仪2 2 第三章z n o z n a l 2 0 4 复合材料光催化性能研究2 3 3 1z n a l 水滑石前体及其焙烧产物的结构与形貌一2 3 3 1 1z n a i 水滑石前体的结构、形貌2 3 3 1 2z r 徂l 水滑石微球的结构、形貌与物理性质2 4 3 1 3z n o z n a l 2 0 4 复合材料的结构、形貌与物理性质。2 6 3 2z n o z n a l 2 0 4 复合材料光催化反应装置及性能表征3 0 3 2 1 光催化反应装置3 0 3 2 2z n o z n a l 2 0 4 复合材料紫外光降解m b 性能3 0 3 2 3z n o z n a l 2 0 4 复合材料紫外光降解m o 性能3 3 3 2 4z n o z n a l 2 0 4 复合材料选择性紫外光降解m b m o 混合溶液3 5 3 3z n o z r a l 2 0 4 微球复合材料的能带结构3 7 x 北京化- t 大学硕一 ：研究生学位论文 3 4z n o z 玎a 1 2 0 4 微球复合材料光催化降解机理3 8 3 5z n o z n a l 2 0 4 微球复合材料对m b 、m o 选择性吸附机理4 0 3 5 1z n o z r a l 2 0 4 微球复合材料对m b 、m o 的吸附4 0 3 5 2z n 0 i z i 认1 2 0 4 微球复合材料表面电荷研究4 1 3 5 3z i l o z n a l 2 0 4 微球复合材料表面酸碱性研究一4 6 3 6 本章小结4 7 第四章p v 削水滑石复合纤维薄膜的制备及其荧光性能研究4 8 4 1p v 水滑石复合纤维薄膜的结构与形貌4 8 4 2p v 水滑石薄膜性能表征5 2 4 2 1u v 二v i s 吸收光谱5 2 4 2 2 荧光性能测试5 2 4 2 3 抗淬灭性能测试5 5 4 3 本章小结5 5 第五章结论5 7 本论文的创新点5 8 参考文献。5 9 i 1 5 c 谢6 3 攻读硕士期间发表的学术论文。6 4 作者和导师简介6 5 第一章前言 1 1 染料废水概况 1 1 1 我国的染料废水的现状 第一章前言 我国淡水总资源量位居世界第6 位，但是人均淡水资源占有量却只是世界平 均水平的1 4 ，居世界第1 2 1 位，是世界上1 3 个严重缺水的国家之一。近年来，随 着工业社会的深化发展，全国工业用水量不断上升，由此引起的工业废水处理问 题日益突出。印染行业是工业废水排放的主要来源，而染料废水是纺织工业废水 的主体，数量占到了纺织工业废水排放的8 0 以上。据统计，2 0 0 9 年我国印染布 产能达到5 4 0 亿米，按照每生产1 0 0 米印染布，平均产生约4 5 吨废水计算，2 0 0 9 年我国产生约2 4 3 亿吨染料废水。印染产能的持续增长，在一定程度上带来废水 排放量的增加，废水治理刻不容缓。 1 1 2 染料废水的特征及危害 纺织印染废水色泽深、臭味大、化学耗氧量( c o d ) 高、成分复杂多变， 含有多种生物毒性大、难以降解的物质，可生化性( 可生化性= 生化需氧量( b o d ) 化学耗氧量( c o d ) ) 6 4 7k ，p 2 2m p a ) 下具有非极性溶剂的特性，可以与烃类有机物完全互溶， 而且其密度极低( 约为普通水的l 3 ) 、粘度小( 接近于水蒸气) 、介电常数大 大降低( 由7 8 5 降至5 o ) 。因此用这种方法处理废水时反应过程的传质速率大大 提高，从而提高有机污染物的降解速率【1 9 。2 1 】，促进废水中的有机物与氧气充分反 应，将有机废水之转化成c 0 2 、h 2 0 和其他小分子化合物，从而达到降解水体中 的有机物的目的。 1 2 2 2 电化学法 电化学法是利用电解氧化、电解还原、电解絮凝或电解浮上等作用破坏染 料分子的结构或存在状态而使废水脱色，达到水质净化的目的，具有设备小、运 行管理简单、c o d c ，去除率高和脱色好等优点。电化学法对酸性染料废水有较好 的脱色效果( 0 7 0 ) ，但不利于处理颜色深、c o d c ，高的印染废水【2 2 。2 4 1 。目 前，利用电化学法处理印染废水的技术日臻完善，大有推广应用的趋势。 1 2 3 生物降解法 生物降解法是利用废水中微生物的代谢作用分解有机物，是处理有机废水 最经济有效的方法之一，是目前最为关注的废水处理的焦点之一，包括好氧处理 法和厌氧处理法两种。 1 2 3 1 好氧处理法 好氧处理法是在有氧条件下，以好氧微生物为主，使有机物降解的一种方 法，分为活性污泥法和生物膜法。活性污泥法能分解大量有机物质，具有结构紧 北京化t 大学硕： ：研究生学位论文 凑、处理水量大、运行成本低等优点【2 5 1 ，适合处理有机物含量较高的印染废水。 其主要缺点是基建费较高，且操作不当易发生污泥膨胀现象，需严格管理。；生 物膜法对印染废水的脱色作用较活性污泥法高，操作简单，动力消耗小但对难降 解有机物的降解效率较低。 1 2 3 2 厌氧处理法 厌氧处理法是指在无氧条件下，以厌氧微生物为主，使有机物降解的一种 方法。厌氧生物处理的目的主要不是降低c o d c ，而是降低可生化性( b c ) 【2 6 1 。 1 2 3 3 好氧一厌氧处理法 大量的研究和实践证明：传统的好氧生物处理在去除色度和难降解有机物 方面效果较差，而厌氧处理只能部分降解许多有毒难降解有机物，因此，开发厌 氧一好氧工艺处理染料废水已被达成广泛的认识。因为其具有除污染效率高、运 行稳定和较强的耐冲击负荷能力等特点，相对于其他生物法有较为明显的优势 【2 7 - 2 9 】 o 1 3 水滑石及其焙烧产物尖晶石的结构 1 3 1 水滑石的结构 水滑石l d h s 是由带正电荷的层板和阴离子及水共同堆积而成的层状化合 物，其结构类似于水镁石m g ( o h ) 2 ( 如图1 1 所示) ，由m 0 6 八面体共用棱边 而形成主体层板。l d h s 的化学组成可以用如下通式表示： m 2 + i 。m 3 + 。( o h ) 2 】x + ( a n 。) “。m h 2 0 ，其中m 2 + 和m ”分别为二价和三价金属阳离子，位于主体层板 上；a n 。为层问阴离子；x 为m 3 + ( m 2 + + m 3 + ) 的摩尔比值；m 为层间水分子的摩 尔量【3 0 。3 2 1 。位于层板上的二价金属阳离子m 2 + 可以在一定的比例范围内被离子半 径相近的三价金属阳离子m 3 十同晶取代【3 3 3 4 1 ，从而使得主体层板带部分的正电 荷；层间可以交换的客体a m 阴离子与层板正电荷相平衡，因此使得l d h s 的这 种主客体结构呈现电中性。此外，通常情况下在l d h s 层板之间尚存在着一些客 体水分子【3 5 ，3 6 1 。 4 第一章前言 啖哆移g 埏。 正k 。；a k 。k 。o ，。一；q 1 3 2 尖晶石的结构 l 层间距l 0 图1 1 水滑石结构示意图 f i g1 ls c h e m a t i cr e p r e s e n t a t i o no fl d h s 尖晶石型化合物的结构通式可用a b 2 ) ( 4 表示。其中a 和b 为阳离子；x 为氧、 硫等阴离子【3 。图1 2 为尖晶石型化合物的晶体结构简图，其中a 离子一般为二 价离子( 通常有z n 2 + 、c u 2 + 、n i 2 + 及b a 2 + 等) ，b 离子为三价离子( 通常有m n 3 + 、c 0 3 + 、 c ，、f e 3 + 及a 1 3 + 等) ；有时也有a 离子为四价( 如s n 4 + 及t i 4 + 等) ，b 离子为二价( 如 z n 2 + 等) 的情况，但是无论a 离子几价都应满足a b 2 x 4 通式中a 离子、b 离子的总价 数为8 。 o 囝 图1 2 尖晶石型化合物品体结构 f i gl - 2c r y s t a ls t l l j c t u r eo fs p i n e lc o m p o u n d s 一a l o i l l s b a t o m s a - a o m s i叫叫、 空 厚 内 扳 层 层 北京化工大学硕十研究生学位论文 1 4 基于水滑石的复合功能材料研究现状 1 4 1 红外吸收材料 对于选择性红外吸收材料，达到保温效果的最佳红外吸收范围是7 1 4 岬， 其中9 岬附近是散热红外最强的辐射区域。而水滑石层状材料具有优异的选择 性红外吸收能力和较宽的红外吸收范围，并且可以通过调变元素组成和层问离子 来改变红外吸收能力。谢晖等人的实验【3 8 】结果表明：水滑石可以在不影响农用 薄膜原有性能的条件下，显著提高其保温性能。段雪等人【3 9 】考察了将 m g a l c 0 3 l d h 粉体加入p e 膜中的红外吸收性能并与常用保温剂滑石粉作了比 较。结果表明：p e l d h s 膜的红外吸收性能明显优于p e 滑石粉膜。具体结果见 表1 。1 。 表1 1p e l d h s 与p e 滑石粉的红外吸收性能 t a b l e1 - li n 行a r e da b s o r p t i o no fp e l d h sa i l dp e 门l c u mp o w d e r 1 4 2 紫外阻隔材料 水滑石作为层状材料，层间可以插入不同的阴离子，得到不同的插层结构 材料。如果将有机紫外吸收剂插入层间，将会使此类材料同时具有对紫外线进行 物理屏蔽和紫外吸收的双重作用。邢颖等【4 0 】采用成核晶化隔离法合成了z n a l 水 滑石前体，然后通过离子交换的方法得到水杨酸插层的z n a l 水滑石并将之应用 于紫外线吸收阻隔性能检测。结果发现，插层产物在原来对紫外线屏蔽的基础上 又具有了紫外吸收功能，并且这种吸收作用可以因主客体相互作用而进一步宽 化。 1 4 3 阻燃材料 水滑石作为无机阻燃剂的一种，受热分解时可以吸收大量的热，降低体系 的温度，同时，因其层间具有丰富的c 0 3 2 。和h 2 0 ，因此可以放出大量c 0 2 和 h 2 0 ，起到阻隔氧气并且降低材料表面温度的作用。同时，l d h s 在表面形成凝 聚相，组织燃烧面的扩展，燃烧后在材料内部形成的高分散的大比表面固体能够 大量吸附燃烧产生的酸性气体和烟尘，起到抑烟作用。研究表明：在p v c 中添 6 第一章前言 加2 0 份m 酬水滑石时，抑烟效果显著增加【4 1 】。 1 4 4 缓释材料 l d h s 作为治疗胃病的特效药，j 下在逐渐取代第一代氢氧化铝类的传统抗酸 药。研究证明，通过改进l d h s 的阴离子组成得到的一些含磷酸盐阴离子的l d h s 继承了传统抗酸药的优点，并且可以避免导致软骨病和缺磷综合征等副作用的发 生。k h a n 掣4 2 j 将布洛芬、萘普生等药物插层在l d h s 中，发现其可以在水滑石 层中缓慢释放，并且水滑石载体可以被反复使用，由此说明药物插层水滑石复合 体可作为新型靶向药物控制释放体系，应用到实际生活中。a m b r o 西等【4 3 】在磷酸 缓冲溶液中利用布洛芬插层的m g a l l d h 进行缓释实验，得到了同样的结果。 1 5 尖晶石光催化的研究现状 1 5 1 尖晶石光催化的原理 尖晶石是一种很好的半导体材料，具有良好的光敏性和稳定性。半导体材 料具有不连续的能带，在价带( v b ) 和导带( c b ) 之间还存在禁带。当半导体 材料受到外界能量大于或等于禁带宽度的光照射时，价带上的电子受激发跃迁至 导带的同时产生光生电子一空穴对。反应方程式如下： a b 2 0 4 鸟e e 旷+ h v 舻 e c b - + 0 2 专- o 三 h ：普朗克常数，v ：激发光频率，h 。b + ：价带空穴，e c b 导带电子 这些产生的电子空穴又在内部电场作用下分别迁移到粒子表面，发生如下 反应： - o 三+ h 2 0 h o o + o h 一 2 o o - 一h 2 0 2 + 0 2 2 0 2 + e r 旷_ - 0 h o i 一 7 北京化工大学硕士研究生学位论文 o h 一+ h ，n _ o h v d 由此得到了大量羟基自由基具有很强的得电子能力，可夺取其表面吸附物 质的电子，使其氧化降解；而电子受体接受电子被还原，完成光催化反应的整个 过程。表1 2 给出了部分尖晶石化合物的禁带宽度，从这些数据我们可以看出： 较窄的尖晶石禁带宽度除了较好的满足其紫外响应之外，还提供了可见光响应的 可能，因此，尖