聚丙烯/层状双氢氧化物纳米复合材料研究进展

聚丙烯/层状双氢氧化物纳米复合材料是近年来开发的新型聚合物基复合材料,具有与纯聚合物基体不同的结晶行为,而且表现出优异的机械力学性能、耐热性能、阻燃性能和耐紫外线功能等,有着广泛的应用前景。本文首先对层状双氢氧化物的结构、组成与制备方法进行简要介绍,然后重点阐述了聚丙烯/层状双氢氧化物纳米复合材料的制备、分散结构表征、结晶行为以及力学和热学等性能方面的研究进展,最后对其应用前景进行展望。     

不同金属离子层状双氢氧化物制备及表征

本文采用恒定pH值共沉淀法制备六种层板金属离子不同的层状双氢氧化物(LDH).通过傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X-射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对LDH进行了表征,并利用热重分析(TG)研究了LDH的热分解行为.研究表明,不同金属离子对LDH的层间距、晶粒尺寸等参数有一定影响,团聚程度也有较大的差异.     

直接脱碳酸化制备有机离子插层的层状双氢氧化物

层状双氢氧化物(Layered double hydroxide, LDH)是一种具有阴离子可交换性质的层状无机材料, 由于其具有多种功能性质, 已被广泛应用于催化^[1~3]、酸吸附剂^[4]、传感器^[5]及聚合物填料^[6~8]等领域. 传统的共沉淀法制备的LDH结晶度低、尺寸小(直径通常小于100 nm). 1998年, Costantino等^[9]采用均匀沉淀法制备出了高结晶度、大尺寸(微米量级)且层间具有CO₃^2-的LDH(LDH-CO₃), 引起了人们的极大兴趣. 为解决LDH-CO₃难于交换和剥离的难题, Iyi等^[10,11]采用两步法制备了层间具有NO₃^- 或有机阴离子的LDH, 即首先采用 HCl-NaCl混合溶液将LDH-CO₃转化成为LDH-Cl, 然后再采用过量的阴离子进行交换制备LDH-NO₃或有机阴离子插层的LDH.     

基于镍铁层状双氢氧化物的氧析出催化剂：催化机制、电极设计和稳定性

近几十年来,氧析出反应因其在能量储存和转换技术中的关键作用而受到了广泛关注。然而,它需要高效的催化剂例如IrO₂和RuO₂,来加速其缓慢的反应动力学。在所开发的低成本材料中,镍铁层状双氢氧化物(NiFe LDH)较为有前景,其在碱性电解质中表现出出色的氧析出性能,过电位很低,在1 0 mA·cm^-2处仅需200-300 mV。虽然人们在开发基于NiFe LDH的高效电催化剂方面做出了巨大努力并取得了一些成果,但是要进一步降低其过电位具有相当的挑战性。为了克服这个瓶颈,就需要明确识别其活性位点和催化机理,从根本出发来探究新的解决方案,以获得具有超低过电位的催化剂。本综述首先回顾了NiFe LDH的结构、组成和发展历史。虽然人们在研究催化活性位点和机制方面付出了巨大努力,但其真正的催化位点和机制仍然是模棱两可并存在争议的。我们对催化位点研究的代表性工作进行了全面分析,希望对催化机理和活性位点能提供一些深入认识和理解。此外,我们还就增强其催化活性的各种策略,如杂原子掺杂和引入空位等,进行了总结并基于电子和几何结构对其活性提高原...     

乳液聚合法制备聚苯乙烯/Mg-Al层状双氢氧化物纳米复合材料

采用乳液聚合法制备阻燃性聚苯乙烯MgAl层状双氢氧化物(LDHs)纳米复合材料.通过对不同合成条件下复合材料的XRD谱,讨论了纳米复合材料的形成过程;经SEM图证实了LDHs是以剥离的纳米级层片分散在基体中的;TG和DSC谱图揭示了LDHs纳米层板可有效提高PS的热稳定性,并可使PS的玻璃化转化温度明显提高;当层状双氢氧化物在插层复合材料中含量为14.92%时,纳米复合材料的氧指数可达23.5%,其用量比在PS中直接添加纳米LDHs时要少约一倍.文中还分析了纳米复合材料的形成过程.     

PE膜中层状双羟基复合氢氧化物的红外吸收性能

水滑石;聚乙烯薄膜;PE膜中层状双羟基复合氢氧化物的红外吸收性能     

弱酸介质中类球形谷氨酸/镁铝层状双氢氧化物的制备

在弱酸性介质中,采用阴离子交换法合成了类球形的谷氨酸(Glu)/镁铝层状双氢氧化物(MgAl-LDH)复合物,研究了介质pH值对所得Glu/LDH纳米复合物性质和形貌的影响。结果表明,与碱性介质中阴离子交换法得到的不规则六角形粒子相比,该法制备的纳米粒子呈类球形,且粒径较小,最佳pH值为5.0,探讨了可能的反应机理。     

聚氯乙烯/层状双氢氧化物纳米复合材料研究进展

聚氯乙烯(PVC)/层状双氢氧化物(LDHs)纳米复合材料相比于纯聚氯乙烯具有更好的热稳定性、力学性能、阻燃抑烟性、耐候性与耐光性等,是一种性能优异并具有广泛应用前景的新型聚合物基纳米复合材料。本文首先介绍了LDHs的化学组成和结构特点,并对其制备过程和性质特点进行了分析和探讨;然后综述了PVC/LDH纳米复合材料的制备、结构表征及性能等方面的最新研究进展,重点阐述了LDHs的表面有机化处理及其对PVC/LDH纳米复合材料制备与性能的重要作用;最后对其应用前景进行展望。     

聚乙烯醇/层状双氢氧化物纳米复合材料研究进展

聚乙烯醇/层状双氢氧化物纳米复合材料是近年来开发的新型聚合物基复合材料,表现出与纯聚乙烯醇基体明显不同的结晶行为,且具有良好的机械力学性能、耐热性能以及阻燃性能等,有着广泛的应用前景。本文首先对层状双氢氧化物的结构组成、制备方法和性质进行简要综述,然后着重介绍聚乙烯醇/层状双氢氧化物纳米复合材料的制备、结构表征、结晶行为、力学和热性能等方面的研究进展,最后对其应用前景进行展望。     

含Fe、Co、Ni的层状双金属氢氧化物为催化剂前体生长碳纳米管

分别以具有相似Fe、Co、Ni含量的层状双金属氢氧化物(LDHs)为催化剂前体,用化学气相沉积的方法生长碳纳米管(CNTs).催化剂由LDHs焙烧还原得到.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)及拉曼光谱(Raman)测试技术对LDHs及其焙烧产物的结构、CNTs的形貌和结构进行了研究.结果表明,3种催化剂生长的CNTs均为多壁结构;其中Co催化剂活性较低,生长CNTs的管径较细、石墨化程度较高;Ni催化剂的活性较高,生长CNTs的密度较大、管壁较厚、石墨化程度较差;Fe催化剂的活性介于Co和Ni之间.催化剂活性及CNTs的密度可以由生长CNTs的结构来解释.     

层状水滑石对吡啶二甲酸异构阴离子的选择性插层行为

本文采用焙烧复原法研究了镁铝水滑石与吡啶二甲酸异构阴离子单体及其混合体的插层反应，实验发现镁铝水滑石对吡啶二甲酸异构阴离子存在着明显的选择性，有机酸异构体优先进入层间的顺序是：2,3-吡啶二甲酸>2,5-吡啶二甲酸>2,4-吡啶二甲酸>3,5-吡啶二甲酸>3,4-吡啶二甲酸>2,6-吡啶二甲酸。利用XRD、IR和TG测试技术对样品进行了表征，同时采用Gaussian-98软件包中ab initio 分子轨道法（HF/6-31G）计算了吡啶二甲酸异构阴离子的分子结构，理论结合实验探讨了阴离子在水滑石层间可能的空间构型，分析了其结构与插层行为的关系。研究表明镁铝水滑石层状材料插层过程中具有分子识别能力，可用于分离有机异构阴离子。     

Synthesis and Thermal Decomposition of Mn-Al Layered Double Hydroxides

In this paper, the synthesis and thermal decomposition behavior of hydrotalcite-like Mn-Al layered double hydroxide (LDH) have been investigated. First, the Mn-Al LDH was synthesized by the coprecipitation method using various anions such as Cl⁻, CO²⁻₃, NO⁻₃, SO²⁻₄ or dicarboxylic acids (DCA). The single phase of the Mn-Al LDH was obtained when Cl⁻, NO⁻₃ or DCA was used as a guest anion. In the case of CO²⁻₃ or SO²⁻₄, the solid products included MnCO₃ or shigaite as a by-product. The crystallinity of the Cl/Mn-Al LDH was greatly influenced by a drying temperature and that the crystallinity of the Cl/Mn-Al LDH dried at room temperature was found to rise about 6 times in comparison with that dried at 333 K. The DCA/Mn-Al LDH was found to have an expanding LDH structure, supporting that the LDH basal layers were bridged by the intercalated DCA anion. Then, the thermal decomposition of the DCA/Mn-Al LDH has been examined, and the intercalated DCA was found to be decomposed at lower temperature than DCA itself. The oxidation number of Mn ion rose with increasing the heat treatment temperature and was +2.70 with crystallizing Mn₃O₄ after being heated at 973 K. The thermal decomposition of guest DCA was thought to be accelerated by the strong catalytic action of Mn ion in the host hydroxide basal layers.     

Degradation of Organic Pollutants in Water by Catalytic Ozonation

Different series of transition metal catalysts supported on Al2O3 were prepared by the impregnation method. The catalytic activity was measured in a batch reactor with ozone as the oxidizing reagent. The experimental results indicate that Cu/Al2O3 has a very effective catalytic activity during the ozonation of organic pollutants in water. The optimum conditions for preparing Cu/Al2O3 were systematically investigated with the orthogonal testing method. Furthermore, the results also show that the surface properties of catalyst are not compulsory for effective oxidation.     

纳米双烃基复合金属氧化物的阻燃性能

研究了纳米尺寸双羟基复合金属氧化（MgAl-CO3-LDH)的结构及其对聚氯乙烯（PVC）复合材料的阻燃抑烟性能，通过X射线粉末衍射，扫描电子显微镜，热分析，粒度分析等手段对LDH进行了表征，结果表明，LDH粒径约为50－100nm，用透射电镜考察了LDH与PVC的复合物尺寸及形貌特征，得出改性的LDH在PVC中能以一次粒子均匀分散，将氧指数、UL－94垂直燃烧测试结果与文献值对比，实验所制备的纳米LDH对软PVC具有良好的阻燃效果，烟密度测试结果表明，纳米LDH是软LDH是软PVC良好的抑烟剂，每100份软PVC仅添加20－40份LDH，就可使软PVC的产烟速率及最大烟密度下降约40％。     

Heterogeneous Fenton Degradation of Organic Pollutants in Water Enhanced by Combining Iron-type Layered Double Hydroxide and Sulfate

Water pollution derived from organic pollutants is one of the global environmental problems. The Fenton reaction using Fe²⁺ as a homogeneous catalyst has been known as one of clean methods for oxidative degradation of organic pollutants. Here, a layered double hydroxide (Fe²⁺Al³⁺-LDH) containing Fe²⁺ and Al³⁺ in the structure was used to develop a “heterogeneous” Fenton catalyst capable of mineralizing organic pollutants. We found that sulfate ion (SO₄²⁻) immobilized on the Fe²⁺Al³⁺-LDH significantly facilitated oxidative degradation (mineralization) of phenol as a model compound of water pollutants to carbon dioxide (CO₂) in a heterogeneous Fenton process. The phenol conversion and mineralization efficiency to CO₂ reached >99% and ca. 50%, respectively, even with a reaction time of only 60 min.     

微波法合成乙二醇插层镍铝层状双金属氢氧化物

乙二醇(EG)插层层状双金属氢氧化物(LDH)可作为层间催化反应器,用于原油中环烷酸与EG的酯化脱酸反应,但其合成过程需要较长时间。 以硝酸根型镍铝LDH为前体,在KOH促进下,采用微波辅助的离子交换法合成EG插层LDH,省时节能,提高效率。 考察了微波时间、微波温度和微波功率对EG插层LDH结构的影响。 并用XRD、FT-IR和TG-DSC等比较了微波法和常规方法合成的EG插层LDH的性质。 结果表明,微波辐射能提供高能量,促进待交换阴离子向层间的扩散,并减弱层板与层间原有阴离子间的作用力,在微波温度为120 ℃,微波时间为10 min和微波功率550 W的条件下,即可得到结晶度高的EG插层LDH。 微波法合成的EG插层LDH与常规方法合成的具有相似的性质和更高的结晶度,而合成时间可由12 h大幅缩短至10 min。     

MgFe-Cl-LDHs的合成、结构及其插层组装性能研究

合成出了层间含Cl-的MgFe型层状双羟基氢氧化物（MgFe-Cl-LDHs），通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、热重及差热分析(TG-DTA)和元素分析等手段对其组成和结构特征进行了分析。研究表明：在共沉淀条件下，可制得晶体结构规整的MgFe-Cl-LDHs，且其结构规整性随组成中Mg²⁺/Fe³⁺物质的量比的增大而增强；LDHs层板六配位的金属离子与层板羟基层、层板羟基层与层间结构水的相互作用不随Mg²⁺/Fe³⁺物质的量比的改变而改变，而层板主体与层间客体阴离子之间的静电引力随Mg²⁺/Fe³⁺物质的量比的增大而降低。另外，其超分子结构特征使层间Cl^-能与有机阴离子CH₂CHC₆H₄SO₃^-和CH₃(CH₂)₁₁SO₃^-发生离子交换，形成以双分子层垂直于层板的交错有序的排布结构模式。     

水滑石基负载型催化剂的制备及其在催化反应中的应用

负载型催化剂作为一类重要工业催化剂,广泛应用于合成氨工业、能源化工和精细化工等重要的工业生产过程.水滑石（LDHs）是一类阴离子型二维层状无机功能材料,其具有层板元素比例可调、金属阳离子高分散和结构拓扑转变等特性,在多相催化中,其作为负载型催化剂的前体或者载体具有广阔的应用前景.总结了以LDHs或其拓扑转变得到的复合金属氧化物（MMO）作为催化剂载体,以LDHs作为催化剂前体,制备高性能的负载型单金属或双金属催化剂,聚焦于其在电催化、氧化脱氢、选择性加氢和合成气转化反应中的最新研究进展.最后,进一步讨论了LDHs基负载型催化剂未来的发展趋势以及面临的挑战,并提出了解决这些问题的有效方案.     

Layered Double Hydroxides as Catalytic Materials: Recent Development

This report surveys the recent development of layered double hydroxides (LDHs) as catalytic materials, which have attracted considerable attention in the past decade. A major challenge in the rapidly growing field is to improve the functionalities of these materials. Therefore, this article is mainly focused on the lately reported design and synthesis strategies for LDH materials and their catalytic applications as actual catalysts, catalyst precursors and catalyst supports.