Ti_Li_Al水滑石形貌结构与性能调控研究-开题报告.doc

毕业设计(论文) 开 题 报 告 题目 Ti/Li/Al水滑石的形貌结构与性能调控研究 学院 化学与化工学院 专业及班级 化学工程与工艺1303班 姓名 王嘉鑫 学号 1315010328 指导教师 周安宁、赵小玲 日期 2017年3月17日 西安科技大学毕业设计(论文)开题报告 题 目 Ti/Li/Al水滑石的形貌结构与性能调控研究 选题类型 实验型 选题依据： 1.国内外研究现状 工业社会的迅速发展带给人们丰富物质资源享受的同时，也带来了生态平衡破坏、环境污染日趋严重的苦果，给人类社会的可持续发展构成了严重威胁。能源危机和环境恶化是当前人类社会所面临的两个重大问题，开发可持续利用的清洁能源是解决上述问题的有效途径之一。由于光催化剂的形貌对光催化活性起着重要作用，因此形貌控制一直是研究热点。近些年，光催化剂的形貌、晶相、电子寿命、能带、电子结构、缺陷及表面态等方面的研究都得到了人们的广泛关注。 天然 LDHs 于 1842 年首次在瑞典被发现，目前得到发达国家精细化工界积极开发和利用。其层状结构类似于水镁石 Mg(OH)2，由 MgO6八面体共用棱形成单元层，层板的 Mg2+可被 Al3+同晶取代，使得层板带有正电荷。层间存在可交换阴离子（如：CO32-、NO3-及 Cl-等），可与层板正电荷相平衡，从而使 LDHs 呈电中性。层板间以弱化学键（氢键）相连，位于层间的结晶水和阴离子可以断旧键、成新键，使其在层间自由移动。LDHs的典型结构示意图如图所示。 图1-1水滑石LDHs晶体结构示意图 早期研究表明，只要M2+和M3+离子半径尺寸与Mg2+（0.65A）相差不大，就能与羟基发生共价键作用，形成类似氢氧化镁的层状结构从而形成LDHs。组成LDHs的二价金属离子有Mg2+、Zn2+、Ni2+、Mn2+ 和Cu2+等，三价金属离子有Al3+、 Fe3+ 和Cr3+等。能够组成LDHs层板的各种M2+和M3+离子半径值见下表： 表1-1金属阳离子半径 M2+ Be Mg Cu Ni Co Zn Fe Mn Cd Ca 0.30 0.65 0.69 0.72 0.74 0.74 0.76 0.80 0.97 0.98 M3+ Al Ga Ni Co Fe Mn Cr V Ti In 0.50 0.62 0.62 0.64 0.64 0.66 0.69 0.74 0.76 0.81 自90年代以来，LDHs层状晶体结构的灵活多变性被充分揭示，尤其是可经组装得到更强功能的超分子插层结构材料，引起了国际上相关领域的高度关注，在层状前体制备、结构表征、超分子结构模拟建立、插层组装动力学和机理、插层组装体的功能开发等方面得到了诸多具有理论指导意义的结论和规律。特别是近几年来，基于超分子化学定义及插层组装概念，有关LDHs的研究工作获得了更深层次上的理论支持。这种具有特殊结构的多元素、多键型化学聚集体已不是一般概念上的分子化合物，而是一类具有超分子结构的分子复合材料。此类材料的特殊结构使其同时具备了插层客体和LDHs主体的许多优点，故其在吸附、催化、医药、电化学、光化学、农药、军工材料等许多领域已经或即将展现出极为广阔的应用前景。 1.1.我国生产需求状况 近年来，类水滑石(LDHs) 因其独特的层状结构、物理化学性质及择形吸附催化性能而被普遍用于气体吸附、光催化等领域。近年来，能源的过度消费导致CO2排放量的急剧增加。如何高效地对CO2进行捕集及转化再利用，也是人们关注的焦点。针对当前CO2捕集及光催化转化利用率低、再生成本高等问题，提出将CO2捕集与光催化转化集成的新研究思路，制备一种具有CO2吸附和光催化转化双重功效的类水滑石功能材料。根据文献报道,对CO2吸附而言，一价Li+ 具有很大潜力，Li+作为阳离子进入水滑石层板，与Al3+ 可形成独特的结构［LiAl2(OH)6］＋A1/yy-·nH2O，增强了层板密度，提高CO2吸附性能。成娅等用尿素水热法合成了Li/Al-LDHs,证明Li/Al-LDHs可有效去除废水中的氟离子，Li3Al1-LDOs对氟离子的饱和吸附量达123.46mg/g。Tomohito等采用共沉淀法制备了Li/Al-LDHs，并用羟基亚乙基二膦酸（HEDP）插层，成功负载了Nd3+ 和Sr2+ 等金属元素对其进行改性。 1.2影响LDHs形貌的因素和制备