论文部分内容阅读
层状双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxides,简写为LDHs),又称阴离子粘土或水滑石类化合物,是一种具有特殊层状构型的功能材料。由于该材料的主体层板元素具有可调控性和层间客体可交换性,使合成目标应用水滑石成为可能。它在离子交换、吸附、催化、医药、光、电、磁等多个领域展现出广阔的应用前景。本文研究了利用基础实验产生的含铬废水与固体废弃物硫酸亚铁铵合成含铬铁水滑石,并讨论了其吸附性能。同时为了进一步探讨含铬铁水滑石的微观结构及性质,结合二价金属镁外层电子数较少的情况,选取了低价态的硝酸根插层的Mg3Cr-LDHs、Mg3Fe-LDHs进行理论计算,并与硝酸根型Mg3Al-LDHs、Mg3Ga-LDHs的微观结构及性质进行了比较。结合大学基础实验中产生废弃物的处理现状,以硫酸亚铁铵制备实验产生的固体废弃物和含铬溶液的滴定实验中废液为原料,本文采用化学还原法对含铬废水与废固硫酸亚铁铵进行无害化处理,探索了反应原料的最佳投料比,以二者最佳投料比并依据共沉淀法合成高效吸附剂水滑石。研究结果表明,经过焙烧后的水滑石在自然光条件下对铬液(含Cr(Ⅵ)51.25mg/L)进行4h吸附,吸附量为32.37mg/g;该研究实现了实验室污染的零排放,达到了“以废治废,化废为宝”的目的。为了进一步探讨含铬铁水滑石的微观结构及性质,本文采用密度泛函理论(DFT),用CASTEP程序模块,对Mg3M-LDHs(M3+=Al3+、 Cr3+、Fe3+、Ga3+)周期性模型进行几何全优化和性质计算,通过分析各体系的主客体作用力,层板自身作用力,结构参数及结合能,总结出体系结构稳定性规律。计算结果显示,Mg3M-LDHs(M=Al、Cr、 Fe、Ga)体系中层板上平均键长依次增大,层板变厚,同时层板自身作用力也在逐渐减弱,结合能绝对值逐渐降低,体系稳定性下降。