钛酸盐纳米管薄膜的合成、结构与性质

在水热条件下, 控制反应温度和氢氧化钠的浓度, 分别采用去离子水和盐酸进行洗涤处理, 在钛金属基底表面合成出含钠元素和不含钠元素的两种钛酸盐纳米管薄膜(TiNTW和TiNTA), 并利用X射线衍射分析、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和能量色散X射线光谱等对其结构、组成和性质进行了表征. 结果表明, TiNTW和TiNTA均由宽约8 nm、长约1 μm的纳米管组成, 但TiNTA表现出较好的光催化活性和储氢性能, 而热稳定性弱于TiNTW, 二者在性质上的显著区别归因于2种钛酸盐纳米管薄膜的晶体结构和元素组成的不同.     

钛酸盐纳米管的水热合成及晶型研究

以锐钛矿相为主的氧化钛粉体为原料，在强碱性条件下采用水热合成法制备出外径约10 nm的钛酸盐纳米管。用TEM、SEM、XRD和EDS等对不同工艺条件下获得的产物进行了表征，对其热稳定性进行了测试。研究结果表明，纳米管是在NaOH水热处理过程中形成的，而不是在清洗和浸泡过程中形成的。通过控制浸泡液的pH值，可以获得组分为Na_xH_2-xTi₃O₇或Na_xH_2-xTi₃O₇与TiO₂混合物纳米管。纳米管具有较好的热稳定性，在400 ℃热处理后，其晶型与热处理前无明显变化，500 ℃热处理后，仍保持纳米管状结构。随着热处理温度的提高，锐钛矿相逐渐向金红石相转变，同时金红石型TiO₂和Na₂Ti₃O₇反应生成新的晶相Na₂Ti₆O₁₃，至800 ℃时主要以Na₂Ti₆O₁₃晶体存在，同时有少量金红石型TiO₂。     

钛酸盐纳米管的制备及光电性能研究

采用水热法制备了钛酸盐纳米管, 并用TEM、XRD、XPS对其进行了表征. 纳米管管径在5~30 nm之间, 管长约为0.1~1 μm, 具有不同于锐钛矿型的钛酸盐结构, 分子组成可能是Na4－xHxTi2O5. 将钛酸盐纳米管制备成纳米管结构电极, 并进行了光电化学研究. 钛酸盐纳米管产生阳极光电流, 具有n型半导体特性.     

卟啉敏化的钛酸盐纳米管的可见光催化活性

制备了四碘化5,10,15,20-四(对-N,N,N三甲基苯胺基)卟啉敏化的钛酸盐纳米管(TAPPI-TNTs),并利用甲基橙(MO)作为模型污染物考察了其可见光催化活性。结果表明,TAPPI-TNTs是一个高效的可见光催化剂,在其催化作用下,可见光照射1 h后,甲基橙的降解率为89%。与此相反,纯钛酸盐纳米管并不具有可见光催化活性。此外,TAPPI-TNTs的稳定性较高,可以多次循环使用,在第五次循环中,甲基橙的降解率仍可达到50%以上。这可能是由于带正电荷的卟啉与带负电荷的钛酸盐纳米管之间存在着较强的静电吸引作用,卟啉紧密地吸附在钛酸盐纳米管上,导致卟啉的光激发电子易于向钛酸盐纳米管转移,从而使钛酸盐纳米管得到了有效敏化。     

Ag/AgNO3修饰钛酸盐纳米管薄膜的制备及性能

采用水热法合成了钛酸盐纳米管薄膜,通过光催化还原反应将Ag/AgNO3纳米粒子负载其上,制得Ag/AgNO3修饰钛酸盐纳米管薄膜,并对其形貌、结构和化学组成进行了表征.Ag/AgNO3修饰后钛酸盐纳米管薄膜的性能发生了明显变化,不仅展示出光致变色的性能,而且光催化活性得到显著提高,此外,纳米管表面产生出的活泼自由基协同具有强氧化能力的Ag+能有效抑制或杀灭细菌,使薄膜具有优异的抗菌性能.     

多壁碳纳米管-钛酸盐纳米管复合纳米材料的制备及其生物电化学性能

以TiO2纳米颗粒为前体,采用碱性水热法制备出钛酸盐纳米管(TNTs)与多壁碳纳米管(MWCNTs)的复合纳米材料(MWCNT-TNT);借助透射电子显微镜、傅立叶变换红外光谱仪和X射线衍射仪分析了纳米材料的结构、组成和形貌.将辣根过氧化酶,室温离子液体,Nafion和复合纳米材料共同修饰在电极表面组成酶电极,利用循环伏安法研究了该酶电极的电化学性能.结果表明,TiO2纳米颗粒完全转化为钛酸盐纳米管并且很好的与MWCNTs结合在一起;复合材料修饰酶电极的循环伏安行为明显优于TNTs修饰酶电极,表明引入MWCNTs可改善钛酸盐纳米材料的导电性以及电化学性能.     

钛金属表面结构可控多层钛酸盐纳米管薄膜的制备和结构稳定性

在水热条件下, 通过控制反应温度和氢氧化钠的浓度, 在钛金属表面得到结构可控的多层钛酸盐纳米管薄膜. 根据扫描电子显微镜和高倍透射电子显微镜的观测结果, 认为钛金属表面多层钛酸盐纳米管薄膜的形成经历以下4个阶段: (1) 钛金属的水合和碱性钛酸盐水凝胶的生成; (2) 碱性钛酸盐水凝胶分解并形成层状Na₂Ti₃O₇; (3) 层状Na₂Ti₃O₇的生长; (4) 层状Na₂Ti₃O₇的劈裂和多层卷曲成轴形成纳米管. 研究了薄膜形成后机械处理对薄膜形貌和结构稳定性的影响, 并利用超声的方法实现了多层膜的层分离.     

水中重金属离子电富集样品处理技术

提出了一种低浓度重金属离子溶液的快速富集净化处理方法。目标金属离子首先络合为负离子,在正电压牵引下,金属络合离子到达离子膜表面,在膜表面阴离子层吸引下通过阳离子交换膜,并在受体溶液中再次络合为阴离子络合物,在电场作用下向阳极区移动。富集电流为1.5mA,汞离子、镉离子的富集时间分别为20,60min,水样中汞离子、镉离子的富集倍数分别为10.5,3.2倍。本方法避免了液膜稳定性缺陷。     

聚3-甲基噻吩及聚3-己基噻吩修饰钛酸盐纳米管的光电化学性能研究

采用水热法制备了钛酸盐纳米管, 并将钛酸盐纳米管制备成纳米结构电极进行光电化学研究. 钛酸盐纳米管产生阳极光电流, 具有n-型半导体特性. 结果表明, 聚3-甲基噻吩[poly(3-methylthiophene), PMeT]、聚3-己基噻吩[poly(3-hexylthiophene), P3HT]修饰钛酸盐纳米管后产生的光电流均较纯钛酸盐纳米管的光电流高, 且使产生光电流的波长向长波区移动. 钛酸盐纳米管/PMeT、钛酸盐纳米管/P3HT的光电转换效率分别达11.40%, 0.91%(未校正光子损失). 钛酸盐纳米管/PMeT的光电转换效率较钛酸盐纳米管/P3HT的光电转换效率高10.5%. 钛酸盐纳米管/PMeT、钛酸盐纳米管/P3HT中存在p-n异质结, 在一定条件下p-n异质结的存在有利于光生电子/空穴的分离.     

茶叶对水中重金属离子吸附性能的研究

本文探讨了用甲醛处理过的茶叶对水中Cu、Pb、Zn、Cd、Co、Ni等离子的吸附性能,绘制出吸附等温线,并由Langmuir曲线求出吸附平衡常数b及饱和吸附量q_∞。由Freundlich式求出两个经验常数k和I/n。初步分析了吸附机理。进行了处理茶与未处理茶及活性炭的比较。考察了pH及氨水、抗坏血酸,EDTA等络合剂存在时处理茶对重金属离子吸附能力的影响。用原子吸收测定6～8次,各离子相对标准偏差为0.7～3.5％。     

聚羟基丁酸酯/碳纳米管复合纳米纤维膜的制备及其对重金属离子吸附分离性能的研究

以聚羟基丁酸酯和碳纳米管为原料,采用三氯甲烷/二甲基甲酰胺混合溶液为溶剂,利用静电纺丝技术制备了聚羟基丁酸酯/碳纳米管复合纳米纤维膜.研究了碳纳米管的含量对纳米纤维膜形貌和力学性能的影响,探讨了复合纳米纤维膜对重金属Cu(II)、Cd(II)和Pb(II)的吸附特性.实验结果表明:加入1 wt%碳纳米管能够将纳米纤维的平均直径从(728±146)nm降低至(468±89)nm,纳米纤维膜的比表面积从27.24 m~2/g提高至43.45 m~2/g;碳纳米管的复合能够有效增强聚羟基丁酸酯纳米纤维,当碳纳米管含量1 wt%为最佳,拉伸强度可达5.85 MPa,较纯聚羟基丁酸酯纳米纤维提升了115%.复合纳米纤维膜对重金属离子具有良好的吸附特性,其对Cu(II)、Cd(II)和Pb(II)的最佳吸附pH值为5,此时最大吸附容量分别为91.04、171.05和197.03mg/g,平衡吸附时间分别约为50、60和60 min,吸附率分别为1.79、2.83和3.28 mg/g/min;热力学和动力学分析表明,复合纳米纤维膜对重金属Cu(II)、Cd(II)和Pb(II)的吸附行为更符合Freundlich模型,吸附过程更符合Pseudo-second order模型;循环使用实验表明,重复使用5次后,其吸附容量可保持在初始值的87%以上,具有较好的使用寿命.     

亚氨二乙酸型复合材料IDAA-PGMA/SiO2对重金属及稀土离子的吸附行为与吸附热力学

将甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)接枝于硅胶微粒表面,制得了接枝微粒PGMA/SiO₂; 使亚氨二乙酸(IDAA)与接枝PGMA的环氧基团发生开环反应, 从而将亚氨二乙酸基团引入接枝微粒表面, 制得了复合螯合微粒材料IDAA-PGMA/SiO₂. 本文研究了IDAA-PGMA/SiO₂对重金属及稀土离子的螯合吸附行为, 深入地研究了吸附机理与吸附热力学. 研究结果表明: 凭借亚氨二乙酸基团与重金属离子之间的静电作用与配位螯合作用的协同, 复合微粒材料IDAA-PGMA/SiO₂对重金属离子可产生强的螯合吸附作用, 尤其对Pb²⁺离子表现出很强的螯合吸附能力, 常温下吸附容量可达0.235 g·g^-1; IDAA-PGMA/SiO₂对重金属离子的吸附过程为一放热过程, 且为焓驱动的过程, 升高温度, 吸附容量降低; 对稀土离子的吸附过程则为熵驱动的过程; 在可抑制金属离子水解的pH范围内, 介质的pH值越高, IDAA-PGMA/SiO₂的螯合吸附能力越强; IDAA-PGMA/SiO₂对重金属离子的吸附容量远高于对稀土离子的吸附容量.     

过渡金属离子置换钛酸(盐)纳米管的合成和表征

以掺杂(Mn、Cr、Cu)的锐钛矿相二氧化钛纳米粉体为前驱体, 采用水热法合成了过渡金属离子置换的钛酸(盐)纳米管, 并用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能谱元素分析(EDX)、粉末X射线衍射(XRD)、 荧光发射光谱(PL)和拉曼光谱(Raman)对产物进行了表征. 结果表明, 过渡金属离子置换的钛酸(盐)纳米管荧光发射强度随金属离子的置换都有不同程度的降低, 一般认为低电子空穴对复合率意味着高光量子效率. 期望置换后的钛酸(盐)纳米管有可能在催化领域得到应用.     

多孔氧化物块体材料的制备及其对重金属离子吸附研究进展

目前去除重金属离子的方法较多,其中吸附法因操作简单、经济性好而被广泛使用。多孔氧化物块体材料作为新兴的吸附材料具有比表面积高、机械强度高及可回收性好等特点,但吸附选择性差以及孔结构单一的缺陷限制了其在水体重金属处理中的应用。本文详细叙述了多孔氧化物块体材料的多种制备方法,并分别讨论了各方法的优势及其不足。介绍了近几年研究较多的多孔氧化物块体材料及其制备方法与特性。最后,对多孔氧化物块体材料对Pb、Cd及Cr等重金属离子吸附性能的影响因素及改善措施方面进行了总结分析,并指出多种材料的复合、材料表面的接枝改性及分级多孔结构的构建会增强对重金属离子的吸附性能。期望本文为多孔氧化物块体材料的制备及其在重金属离子吸附方面的应用提供参考。     

磁性功能化酚醛树脂的合成及对金属离子的吸附性能

磁性功能化酚醛树脂的合成及对金属离子的吸附性能;环氧酚醛树脂;螯合;金属离子;溶胀;吸附容量;吸附动力学     

硫脲树脂的合成及其对金属离子的吸附性能

采用双(异硫氰酸甲酸)丁二酯分别与二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、多乙烯多胺单体进行加聚反应制得4种主链上含有硫脲基团的新型螯合树脂PETU-Ⅰ～PETU-Ⅳ。红外光谱分析表明,树脂中存在硫脲基团,树脂热稳定性和溶胀性能良好。用静态吸附法研究了PETU树脂对金属离子的吸附性能,4种树脂对Au(Ⅲ)的吸附容量分别为2.48、2.68、4.74和6.44mmol/g,对Ag(Ⅰ)的吸附容量分别为2.15、3.53、3.74和3.98mmol/g,对Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)等金属离子吸附容量低于0.36mmol/g;PETU-Ⅳ对Au-Cu和Au-Zn的分离因子>1000,PETU-Ⅱ对Ag-Cu和Ag-Zn的分离因子>10,说明树脂对Au(Ⅲ)、Ag(Ⅰ)具有较高的吸附容量和优良的吸附选择性。PETU-Ⅳ树脂重复使用5次,吸附容量无明显下降,说明树脂具有良好的重复利用性能。     

Synthesis and Characterization of Mesoporous Titanosilicate as an Adsorbent for Toxic Metal Ions

Hexagonal mesoporous titanosilicates (Ti‐MCM‐41) have been prepared using cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) as the structure directing agent under the mild alkaline conditions. Powder X‐ray diffraction, nitrogen gas sorption, FTIR spectroscopy and thermogravimetry analysis of samples have confirmed that well ordered MCM‐41 type mesoporous materials were prepared. The potential of removing toxic metal ions from waste waters using mesoporous titanosilicates was evaluated. Separation of Co^II‐U^VI, Cs^I‐U^VI and Sm^III‐U^VI has been developed on columns of this adsorbent.     

基于表面增强拉曼光谱的重金属离子检测

以对巯基苯甲酸为拉曼标记和自组装修饰分子, 在光亮金基底上修饰后作为检测基底, 在金纳米粒子表面修饰后获得具有表面增强拉曼光谱信号的标记金溶胶. 修饰的基底及纳米离子通过重金属离子与羧基端的配位而发生相互作用, 最终形成“金属基底-对巯基苯甲酸/重金属离子/对巯基苯甲酸-金属纳米颗粒”的三明治结构. 采用扫描电镜表征纳米粒子的组装及以表面增强拉曼光谱检测表面标记分子的信号, 以此实现重金属离子的检测. 以强螯合剂EDTA溶液淋洗三明治结构, 使重金属离子与金属基底以及纳米颗粒上的羧基的配位作用断裂, 获得可再次利用的修饰金基底.     

水杨酸型螯合吸附材料对重金属离子的吸附性能

将5-氨基水杨酸接枝到PGMA/SiO2微粒的聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA)大分子链上,成功制备了一种新型螯合吸附材料ASA-PGMA/SiO2。采用静态法研究了ASA-PGMA/SiO2对重金属离子Cu2+、Cd2+、Zn2+、Pb2+的吸附性能,结果表明其对Cu2+、Cd2+、Zn2+、Pb2+具有很强的螯合吸附能力,吸附容量分别可以达到0.42、0.40、0.35、0.31mmol/g。体系的pH对吸附容量影响较大,吸附行为服从Langmuir和Freundlich吸附模型。使用0.1mol/L的盐酸溶液就可实现重金属离子的解吸。通过反复吸附-解吸实验证明ASA-PGMA/SiO2具有良好的重复使用性能。