层状双金属氢氧化物及复合材料对放射性元素铀的吸附及机理研究

随着核工业的快速发展，大量放射性元素铀被排放到环境中，造成严重的环境污染并给人类健康带来重大危害.层状双金属氢氧化物（LDHs）因其具有比表面积大、离子交换能力强以及独特的纳米结构等优点，在铀酰离子的去除及环境水污染处理方面展现出巨大潜力.同时，将层状双金属氢氧化物进行改性可大大增加活性位点，进一步提高材料对放射性元素铀的吸附性能.详细介绍了层状双金属氢氧化物及复合材料的制备及改性方法，通过光谱分析技术阐述了层状双金属氢氧化物对环境中铀酰离子的吸附效果以及作用机理.最后，对层状双金属氢氧化物在治理水污染中的应用前景给出个人见解，以期为今后的环境治理工作的深入研究和实际应用提供参考依据.     

层状双金属氢氧化物的制备及其应用研究

层状双金属氢氧化物是一类新型的无机功能材料,具有特殊的层状结构和优异的物理化学特性,已成为当前研究的热点。介绍了层状双金属氢氧化物的结构与性质,特别分析了层状双金属氢氧化物的制备方法及其在催化材料、吸附材料、生物医药材料、光电功能材料等方面的应用研究进展,并对其在未来的发展方向进行了展望。     

利用均相沉淀剂和形貌导向剂水热一步合成层状镍钴氢氧化物

本文利用在反应过程中同时添加均相沉淀剂六次甲基四胺和形貌导向剂十六烷基三甲基溴化铵,结合水热反应的方法一步合成了镍钴氢氧化物. 随着六次甲基四胺的水解,层状镍钴氢氧化物可以被合成而且避免了额外碱源的使用;同时,由于反应过程中十六烷基三甲基溴化铵参与的孔径调节,合成出来的镍钴氢氧化物具有可控的介孔尺寸13.4 nm以及较大的比表面积93.6 m²•g^-1. X射线衍射图谱表明合成出来的镍钴氢氧化物构型是α-Ni(OH)₂-β-Co(OH)₂. 扫描电镜表明合成出来的镍钴氢氧化物具有层状的结构. 正是因为层状介孔结构的存在,合成出来的镍钴氢氧化物在1A•g^-1电流密度下,比电容可以高达1902 F•g^-1;即使电流密度提高到8 A•g^-1,镍钴氢氧化物的比电容仍然可以保持在1250F•g^-1.     

钴铝双金属氢氧化物的制备及电化学性能研究

选用三种不同的结构导向剂,以硝酸钴(Co(NO₃)₂·6H₂O)为钴源、硝酸铝(Al(NO₃)₃·9H₂O)为铝源,通过简单的水热法制备了钴铝双金属氢氧化物,并对制备的双金属氢氧化物的形貌结构及其电化学性能进行表征,以分析研究结构导向剂种类对所得材料形貌结构及其电化学性能的影响。结果表明：不同的结构导向剂不仅影响着双金属氢氧化物的形貌结构,而且对其电化学性能也有一定的影响,其中以氟化铵(NH₄F)为结构导向剂时合成的钴铝双金属氢氧化物具有三维花朵状结构和优异的电化学性能,在电流密度为0.5 A·g^-1下,其比电容为572.2 F·g^-1,在4.0 A·g^-1电流密度下,进行500次充放电循环后电容保持率达84.9%,说明其具有良好的循环稳定性。     

层状双金属氢氧化物/碳纳米管复合物的制备及在有机溶剂中的分散

通过硝酸处理在碳纳米管(CNTs)表面生成了羧基(-COOH)基团, 随后采用尿素法在其水悬浮液中原位合成了层状双金属氢氧化物(LDH), 获得了层状双金属氢氧化物/碳纳米管复合物(LDH/CNTs), 考察了CNTs用量对LDH形貌与结构的影响. 结果表明, CNTs的用量对LDH的产率及结构无显著影响; 但当CNTs用量较低(<0.2 g/L)或过高(>4.0 g/L)时, 会导致LDH的粒径分布变宽. 对LDH/CNTs进行氯化及有机化处理, 获得了十二烷基苯磺酸根离子(DBS)插层的DBS-LDH/CNTs. 对DBS-LDH/CNTs在不同有机溶剂中分散及剥离程度的研究发现, DBS-LDH/CNTs在丁醇、 乙醇及二甲苯中均可良好分散且其悬浮液较稳定, LDH在不同溶剂中的剥离程度为丁醇>乙醇>二甲苯>四氢呋喃.     

3D石墨烯/镍铝层状双金属氢氧化物的制备及超级电容性能

超声分散氧化石墨和聚苯乙烯微球于去离子水形成稳定分散液, 加入氨水和水合肼还原氧化石墨得到包覆石墨烯纳米片的聚苯乙烯微球, 经6 mol·L^-1 KOH碱蚀和甲苯洗脱聚苯乙烯制备3D石墨烯. 将3D石墨烯超声分散于去离子水, 然后分别以硝酸镍、硝酸铝和尿素为镍源、铝源和碱源化合物水热合成3D石墨烯/镍铝层状双金属氢氧化物复合材料. 采用红外、拉曼、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和恒电流充-放电测试对材料的结构、形貌及电化学性质进行研究. 结果表明, 氧化石墨被还原形成有微孔结构的3D石墨烯. 镍铝双金属氢氧化物纳米片均匀分散在3D石墨烯孔壁. 在1 A·g^-1的电流密度下, 复合材料电极的比电容为1054.8 F·g^-1. 当电流密度增加到8 A·g^-1时, 比电容为628.1 F·g^-1. 循环充-放电1000次后, 比电容仍保持在97%以上, 呈示该复合材料具有优异的电化学性能.     

La~(3+)掺杂NiCo层状双金属氢氧化物纳米片的合成及其电化学性能

稀土离子La~(3+)掺杂的NiCo层状双金属氢氧化物纳米片具有高的超级电容器性能,比容量达到1115 F/g(1A/g)、倍率性能为517 F/g(30 A/g)。研究表明,La~(3+)离子掺杂不改变NiCo层状双金属氢氧化物晶体结构,但会显著影响其电子和离子传导特性,从而改变其电化学性能。根据离子电负性标度,La~(3+)(1.327)和Co~(2+)(1.377)离子的电负性值最接近,掺杂La~(3+)会优先取代Co~(2+)离子位置。由于La~(3+)离子的尺寸作用(106 pm),使得最优掺杂比例较小仅为0.26%,电化学结果表明较少的La~(3+)掺杂比例依然会显著调节NiCo层状双金属氢氧化物的电子/离子输运性质。     

新型Mg-Al吸附剂去除压水堆核电厂废水中高浓度硼

通过特定的焙烧过程制备了不含碳酸根的Mg-Al型层状双金属氧化物. 该层状双金属氧化物在废水中可水解为层状双金属氢氧化物, 从而能够通过四级串联吸附处理的方式将模拟核电厂含硼废水中的硼浓度由初始的2000 mg/L显著降低至10 mg/L, 满足内陆拟建核电厂需要将含硼废水硼浓度处理至30 mg/L以下的技术要求. 在pH=10.61, 固液比为1/40 g/mL, 吸附温度为20 ℃条件下, 吸附剂的硼吸附量可高达39.64 mg/g. 此外, 还在分子层次上讨论了中间氧化物的形成机理以及其水解生成层状双金属氢氧化物的机理, 探讨了核电厂高浓度含硼废水的pH值、 初始硼浓度、 吸附剂用量和搅拌时间等条件对吸附剂硼吸附性能的影响.     

MgAl层状双金属氧化物负载TiO_2光催化降解亚甲基蓝的性能研究

采用共沉淀法将锐钛矿型二氧化钛(TiO_2)负载于镁铝层状双金属氢氧化物(MgAl-LDH)上,再经一定温度煅烧得到TiO_2/MgAl层状双金属氧化物(TiO_2/MgAl-LDO).采用X射线粉末衍射、扫描电子显微镜、紫外可见漫反射光谱等对TiO_2/MgAl-LDO的形貌、晶体结构及光学性质等进行了表征.以亚甲基蓝溶液模拟染料废水,在300 W的氙灯照射下,探讨了TiO_2/MgAl-LDO光催化降解亚甲基蓝的性能.结果表明,TiO_2的负载量约为50%时,催化剂表现出最佳的光催化降解亚甲基蓝性能.     

锰铝层状双金属氢氧化物活化过一硫酸盐降解橙黄Ⅱ

通过水热法制备MnAl层状双金属氢氧化物(MA),采用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)和比表面积分析仪(BET)对其进行表征,并用其活化过一硫酸盐(PMS)降解偶氮染料橙黄Ⅱ。实验结果表明,当温度为25℃,溶液初始pH为7,0.1 g/LMA,1 mmol/LPMS,反应90分钟后20mg/L橙黄Ⅱ降解率为85.2%。橙黄Ⅱ的降解率随着PMS浓度、溶液初始pH值和温度升高而增大。MA投加量有最优值。水中常见离子Cl^-、NO₃^-、HCO₃^-、HPO₄^-、HA都对降解有一定的抑制。自由基猝灭实验结果表明体系中的主要氧化物种为¹O₂。经过5次循环使用后,橙黄Ⅱ的降解率还可达到38.2%。在实际水体应用中,橙黄Ⅱ的降解率可达53.8%。     

模拟混凝土孔溶液中钢筋电化学噪音测量及小波分析

电化学噪音(Electrochemical Noise,ECN)测量可用于在无电信号扰动条件下检测腐蚀体系的暂态行为,获得有关腐蚀类型和腐蚀速率的信息.小波分析不需要对ECN作稳态假设,并同时具有时间分辨和频率分辨的特点,在ECN信号处理中表现出一定的优势.本工作考察了氯离子对钢筋在模拟混凝土孔溶液中电化学噪音的影响,并采用离散小波变换(DWT)及能量分布图(EDP)分析ECN信号的时间～频率特征.结果表明,在含NaCl0.0001mol/L的饱和Ca(OH)2溶液中,时间常数为16～32s的暂态占优势;在Cl-浓度更高的溶液中,去钝化趋势为主导事件,表明钢筋在SPS溶液中活化/钝化的临界Cl-浓度介于10-4～10-3mol/L.     

Synthesis and adsorption properties of p-sulfonated calix[4 and 6]arene-intercalated layered double hydroxides

The intercalation of water-soluble p-sulfonated calix[4 and 6]arene (CS4 and CS6) in the interlayer of the Mg-Al and Zn-Al layered double hydroxide (LDH) by the coprecipitation method has been investigated, as well as the adsorption properties of the resulting CS/LDHs for benzyl alcohol (BA) and p-nitrophenol (NP) to prepare new microporous organic-inorganic hybrid adsorbents. The amount and arrangement of CS intercalated was different by the kind of the host metal ions. CS4 cavity axis was perpendicular for the Mg-Al LDH basal layer and parallel for the Zn-Al LDH basal layer, while CS6 cavity axis was perpendicular for both the LDH basal layers. In the BET surface area measurement, the surface area of the Zn-Al/CS4/LDH was four times than that of the Mg-Al/CS4/LDH, expecting that the former has higher adsorption capacity than the latter. In fact, the adsorption ability of the CS/LDHs for BA and NP in aqueous solution was found to be larger in the Zn-Al/CS4/LDH than in the Mg-Al/CS4/LDH. In addition, the adsorption ability of both the LDHs was larger in the CS6/LDHs than in the CS4/LDHs. These results were explained by the difference in the amount and arrangement of CS intercalated in the LDH interlayer space.     

La(OH)3负载锌铝水滑石的制备及其应用在锌镍二次电池中的性能

采用共沉淀法将氢氧化镧(La(OH)₃)负载在锌铝水滑石(Zn-Al LDHs)的表面,扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)表明La(OH)₃成功负载在锌铝水滑石表面,并且负载后的锌铝水滑石仍然为六边形片状晶体,且粒径均匀、分散性好。La(OH)₃质量其具有较好的可逆性、更大的正腐蚀电位及较小的电池内阻。5%La(OH)₃@Zn-Al LDHs在经过80次循环后,其循环保持率为94.84%。     

山梨酸钾与Zn2+在NaCl溶液中对Q235钢的缓蚀协同作用

采用失重法、电化学法、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)研究了0.5 mol/L NaCl溶液中,山梨酸钾(PS)与Zn²⁺对Q235钢的缓蚀协同效应。 失重实验结果表明,在0.5 mol/L NaCl溶液中,PS对Q235钢具有一定的缓蚀效果,缓蚀效率随PS质量浓度的增加而增大,当添加PS的质量浓度为25.0 g/L时,最大缓蚀效率仅为38.37%,而PS与Zn²⁺复配后存在显著的缓蚀协同作用,缓蚀效率高达91.03%。 动电势极化结果表明,PS与Zn²⁺混合物可同时抑制Q235钢的阴、阳极反应,属于阳极型缓蚀剂。 阻抗谱表明,该混合物可在电极表面形成致密的保护膜。 XPS分析证明保护膜是由PS、铁的氧化物/氢氧化物和Zn(OH)₂沉淀组成。     

碱性溶液中苯甲酸抗坏血酸酯对钢筋的缓蚀行为

合成了一种苯甲酸抗坏血酸酯(AB), 利用腐蚀电化学和表面分析技术, 在含3.5% NaCl的饱和Ca(OH)₂溶液中研究了化合物对钢筋的缓蚀性能, 结合量化计算和分子动力学模拟对其在铁表面的吸附行为和缓蚀作用机理进行了分析讨论. 结果表明, AB的添加可有效降低钢筋的腐蚀电流密度, 提高钢筋的耐蚀性能, 表明缓蚀剂对Cl^－引起的钢筋腐蚀具有良好的抑制作用, 为阴极型缓蚀剂. 化合物通过吸附和与铁离子形成不溶性络合物, 可在钢筋表面形成一层保护膜, 进而阻碍介质中Cl^－与金属表面的接触, 且吸附符合Langmuir等温吸附规律. 量化计算和分子模拟结果证明, 分子中内酯五元环和苯环既是亲核反应活性中心, 也是亲电反应中心, 化合物通过与铁原子间的共价键合而以平行于铁表面的方式吸附在金属表面.     

Calcined Mg-Fe-CO(3) LDH as an adsorbent for the removal of selenite

Mg-Fe-CO(3) layered double hydroxide (LDH) with a Mg/Fe molar ratio of 2.0 was synthesized by co-precipitation method and its calcined product (CLDH) was obtained by heating Mg/Fe-LDH at 500 degrees C. Sorption of SeO(2-)(3) on CLDHs was studied and the results indicate that the sorption capacity of CLDHs was higher than that of uncalcined LDHs. Isotherms for SeO(2-)(3) sorption by CLDHs were well described using the Freundlich and Langmuir equations. The thermodynamic parameters, viz. DeltaG*, DeltaH*, DeltaS* were calculated to predict the nature of adsorption. The negative and positive values of DeltaG* and DeltaH* indicate that the adsorption process is spontaneous and endothermic in nature, respectively. The adsorption process followed first-order kinetics.     

饱和NaCl溶液浸泡下混凝土试块中有机阻锈剂对钢筋腐蚀行为的影响

利用电化学阻抗谱(EIS)、半电池腐蚀电位(Ecorr)和宏观电池腐蚀电流密度(Icorr)测量技术,在饱和NaCl溶液浸泡的硬化混凝土试块中,研究了4种醇胺基阻锈剂对钢筋电极腐蚀电化学行为的影响和长期阻锈性能.在浸泡初始的100d内,与空白样相比,添加阻锈剂后钢筋电极腐蚀电位升高,阻抗膜值增大,腐蚀电流密度值降低,表明电极表面处于钝态,阻锈剂表现出良好的阻锈性能.随浸泡时间延长,电极腐蚀电位和阻抗膜值下降,腐蚀电流密度增大.浸泡后期,除添加醇胺基CI-4样外,电极电位和腐蚀电流密度与空白样相比无明显差别,表明电极由钝态转变为活性腐蚀状态.但添加CI-4样品,钢筋电极始终保持在钝化状态,阻锈性能最好.基于阻锈剂与Cl-间的竞争吸附,分析探讨了可能的阻锈机理.     

基于癸二酸二异辛酯的环保型复合缓蚀剂对钢筋的缓蚀效应

应用缓蚀剂控制混凝土中钢筋的腐蚀具有高效、廉价和易操作等优点,越来越受腐蚀研究者的关注。近年来,对环保型缓蚀剂的需求日益增加。因此,本工作发展了由癸二酸二异辛酯、D-葡萄糖酸钠和硫酸锌组成的环保型复合缓蚀剂并应用电化学测试技术和表面分析方法研究其对钢筋的缓蚀作用。结果表明,Q235钢筋在pH为11.00,含0.5 mol∙L^-1 NaCl的模拟污染的混凝土孔隙液中处于活化状态并发生局部腐蚀。含有59 mmol∙L^-1癸二酸二异辛酯,0.5 mmol∙L^-1 D-葡萄糖酸钠和1.5 mmol∙L^-1硫酸锌组成的复合缓蚀剂对钢筋具有良好的协同缓蚀效应,在模拟污染混凝土孔隙液中和水泥砂浆试样中对钢筋的缓蚀效率分别达到96.8%和90.0%。该复合缓蚀剂是一种混合型缓蚀剂,对钢筋腐蚀的阴极反应和阳极反应均有抑制作用。     

钙处理对桥梁钢耐大气腐蚀性能的影响

以NaCl+NaHSO₃溶液为腐蚀介质,采用干/湿周浸加速腐蚀实验、失重分析、XRD、SEM和电化学方法,研究了钙(Ca)处理对桥梁钢在湿热工业-海洋大气中腐蚀行为的影响. 结果表明：Ca处理前后,实验钢的腐蚀深度随时间变化曲线总体符合幂函数W=Atn分布规律,锈层主要由非晶物质和少量晶体α-FeOOH、β-FeOOH、γ-FeOOH、Fe₃O₄组成. 微量Ca能促进铁素体生成、强化钢表面保护膜,以阻止裸钢的快速腐蚀;还能细化钢组织晶粒、抑制腐蚀产物的晶体转变,以细化锈层颗粒、减少锈层缺陷产生,进而改善锈层的致密性.     

Corrosion resistances of passive films on low‐Cr steel and carbon steel in simulated concrete pore solution

The passive ranges of carbon steel rebar and 3Cr steel rebar in saturated Ca(OH)₂‐simulated concrete pore solution with pH 12.6 were determined by means of cyclic voltammetry and potentiodynamic polarization curves. Chronopotentiometry was used to obtain steady‐state conditions for the formation of passive films on rebar samples at different anodic potentials. Electrochemical impedance spectroscopy, Mott–Schottky and X‐ray photoelectron spectrometer curves were employed to compare the formed passive films at different potentials. Additionally, cyclic polarization curves were used to compare the corrosion resistances of formed passive films on the two rebars in saturated Ca(OH)₂‐simulated concrete pore solution with different concentration of Cl^?. The results show that the passive ranges of the two rebars are all between ?0.15 and +0.6 V, and more stable passive films can be formed on both rebars at the anodic potential of +0.3 V. In the absence of Cl^?, the stability and corrosion resistance of the passive film formed on the 3Cr rebar are better than those of CS rebar. The passive film of 3Cr steel has the relatively better pitting corrosion resistance than carbon steel in saturated Ca(OH)₂‐simulated concrete pore solution that contains different concentration of Cl^?. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.