NiFe-LDH的制備、吸附及電化學性能研究.pdf

1、隨著環(huán)境污染和能源危機的不斷加劇，人類對環(huán)境友好型的吸附材料和高效型的儲能材料的需求日益增大。而當前世界迫切需要能同時滿足環(huán)境治理與新能源開發(fā)兩大問題的新材料。層狀雙金屬氫氧化物（Layered Double Hydroxides，簡稱LDH），是一種由不同的雙金屬氫氧化物組成且具有層狀微觀結(jié)構(gòu)的粘土材料，由于其獨特的層狀結(jié)構(gòu)，以及層板上的金屬離子和層間陰離子具有的可交換性，成為近年來在水環(huán)境處理和電化學能源儲存等領(lǐng)域的研究熱點。

2、>　　本論文采用共沉淀法分別制備了不同陰離子插層的NiFe-X-LDH(X=Cl-,NO3-,SO42-,CO32-)及La/Mo/W摻雜的NiFe-Cl-LDH，用水熱法在泡沫鎳上制備出La/Mo/W摻雜的NiFe-CO3-LDH陣列，通過X射線衍射儀（XRD）、傅立葉紅外吸收光譜（FT-IR）、掃描電鏡（SEM）、X射線光電子能譜分析儀（XPS）和比表面積測試儀（BET）等對所合成的材料的結(jié)構(gòu)、形貌及成分進行了表征。較系統(tǒng)地研究了溶

3、液pH、反應溫度、反應時間及溶液濃度等因素對NiFe-LDH吸附甲基橙和重金屬Cr(VI)的影響及吸附機理；研究了La、Mo、W摻雜元素對NiFe-Cl-LDH吸附甲基橙性能的影響，通過循環(huán)伏安法、恒流充放電等測試研究了La/Mo/W摻雜的NiFe-CO3-LDH陣列的超級電容器性能。得到的主要結(jié)果如下：
　?、俨捎霉渤恋矸ㄖ苽淞薔iFe-X-LDH(X=Cl-,NO3-,SO42-,CO32-)。研究了不同插層陰離子對LDH吸附

4、性能的影響，結(jié)果表明Cl-插層的NiFe-LDH的吸附性能最好，歸結(jié)于其樣品的比表面積、孔徑及離子交換能力的共同作用。
　?、谝訬iFe-Cl-LDH為吸附劑，研究了甲基橙溶液pH、反應溫度及不同甲基橙溶液濃度對吸附反應的影響，并對其吸附等溫線、動力學、熱力學等模型進行擬合分析，得到如下結(jié)果：吸附反應的最佳溶液pH為5~6；溫度的升高有利于反應的進行，該吸附反應為自發(fā)的吸熱反應；以單層吸附為主，且通過Langmuir模型計算得到的

5、理論最大吸附甲基橙量是769.23mg/g；吸附動力學過程匹配偽二級動力學模型；吸附過程可以分為外表面吸附及顆粒內(nèi)擴散兩個階段。
　?、垡訬iFe-Cl-LDH為吸附劑，研究了溶液pH、反應時間、初始濃度對重金屬Cr(VI)吸附的影響。發(fā)現(xiàn)：吸附Cr2O7-的最適pH為5.5；吸附曲線在反應的前五分鐘快速增長，隨后反應變慢直到達到平衡，且濃度越高達到吸附平衡的時間越長；Cr2O7-濃度為2-4 mg/L時的吸附百分比幾乎可達100

6、％，且在初始濃度為19 mg/L時的吸附量可達60 mg/g。吸附Cr2O7-的反應匹配Langmuir模型，且計算得到的最大吸附量為60.24 mg/g；偽二級動力學方程表明吸附過程是化學吸附，且顆粒內(nèi)擴散模型分析的吸附過程分為外表面吸附及顆粒內(nèi)擴散兩個階段。
　?、芑阼|（La）、鉬（Mo）、鎢（W）具有的性質(zhì)，將其對NiFe-Cl-LDH進行摻雜，對比研究不同摻雜元素對NiFe-Cl-LDH吸附甲基橙的效果的差異。結(jié)果表明，

7、正六價的鎢摻雜的樣品的吸附性能最好，歸其原因為其所帶電荷數(shù)較高導致層板吸附陰離子的能力增強。
　?、莶捎盟疅岱ㄔ谂菽囈r底上生長了La/Mo/W摻雜的NiFe-CO3-LDH陣列，并通過一系列電化學測試對比探索摻雜對電化學性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，摻La能夠抑制樣品發(fā)生團聚并增大其比表面積，導致產(chǎn)生更多的電化學活性位點，La摻雜的NiFe-CO3-LDH陣列的電化學性能最優(yōu)，其比電容在2.5 A/g時可達到1668 F/g，此外，摻L