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摘 要

本文通过采用共沉淀法合成出一系列镁铝镧摩尔比不同的镧掺杂水滑石(La-LDHs)，进而改进水滑石的表面和结构特征，借助于X射线衍射（XRD）、红外光谱（FT-IR）以及热重分析（TGA） 对镧掺杂水滑石结构及性能进行了表征，并将镧掺杂水滑石的焙烧产物(La-LDHs-450)用于刚果红染料废水的吸附。考察其镁铝镧摩比、吸附剂投加量、吸附温度及刚果红浓度对吸附效果的影响因素。

关键字：镧掺杂水滑石；共沉淀法；刚果红；废水吸附处理

Abstract

A series of lanthanum-doped hydrotalcite (La-LDHs) with different ratio of La³ /Al³ were synthesized by co-precipitation method and the removal of Congo red by calcined La-doped hydrotalcite was investigated. Thereby improving the surface structure of hydrotalcite by means of X-ray different (XRD), infrared spectroscopy (FT-IR) and thermal gravimetric analysis (TGA) of La-doped hydrotalcite structure. The effect of different ratio of La-LDHs-450 absorbent additive amount, reaction temperature and initial dye concentration were studied.

Key Words: La-doped hydrotalcite; coperecipitation method; congo red; wastewater treatment

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1水滑石概述 1

1.2 双金属氢氧化物的结构特征 1

1.3 双金属氢氧化物的性质 2

1.3.1酸碱性 2

1.3.2组成和结构的可调控性 2

1.3.3记忆效应 3

1.3.4热稳定性 3

1.3.5红外吸收性能 3

1.4水滑石制备的方法 4

1.5水滑石的应用 5

1.6染色剂剂的介绍 6

第二章 实验部分 7

2.1主要试剂 7

2.2仪器与设备 7

2.3.实验步骤 8

2.3.1镧镁铝水滑石的合成 8

2.3.2 La-LDHs 及 La-LDHs-450 的制备 8

2.3.3不同摩尔比的La-LDHs 及 La-LDHs-450 的制备 9

2.4分析与表征方法 9

2.4.1红外光谱（IR）分析 9

2.4.2X射线衍射（XRD） 9

2.4.3产品热重分析 10

第三章 实验结果分析与讨论 11

3.1 XRD数据分析 11

3.2不同摩尔比镧掺杂镁铝水滑石红外分析 11

3.3 La-LDHs热重分析 12

3.4影响因素不同对吸附效果的影响 13

3.4.1 刚果红标准曲线 13

3.4.2 镁铝镧的比值 14

3.4.3染料的初始浓度 15

3.4.4镧掺杂镁铝水滑石的投放量 16

3.4.5吸附温度 17

第四章 实验总结 19

致谢 20

参考文献 21

第一章 引言

1.1水滑石概述

自从1842年天然的水滑石（Layered Double Hydrotalcides，LDHs）矿物被科学家发现以来，人们对水滑石的认识和研究得到了进一步了解。在上个世纪二十年代初期人们通过研究发现水滑石具有加氢催化活性这一特征。一个世纪后，Feitknecht第一次使用混合金属盐溶液和碱金属氢氧化物反应了创建合成水滑石，并提出了一个两层结构模型的想法^[1]。

Allmann等人对水滑石类化合物的晶体结构进行了测定，并于1969年首次确认了水滑石类化合物具有层状结构^[2]。在实验中他们发现LDHs的层状结构与水镁石Mg(OH)₂的结构相似，这两种化合物都是由M₉O₆八面体共用棱形成，通过氢键缔合形成层间，也就是说A1³ 在一定的半径范围将位于图层面板类似于Mg² 的离子是被取代的晶体，在图层面板中离子的八面体带正电，过剩的正电荷将与可交换的阴离子（如：CO₃^2-）等负电荷相抵消，从而整体上使水滑石呈现电中性。

水滑石类化合物主要是由水滑石和类水滑石构成，它是一种阴离子型层柱材料^[3]所应用的前景非常广泛。水滑石（Mg₆A_l2(OH)₁₆CO₃·4H₂O）是典型的天然矿物，随着经济科学的发展，在制药、农药、油漆、防火阻燃、功能高分子材料等领域层状双金属氢氧化物（LDHs）已经被应用和研究。

1.2 双金属氢氧化物的结构特征

复合双金属氢氧化物或阴离子黏土也是镁铝水滑石（Mg/Al Layered double hydroxides简称Mg/Al-LDHs）的另一种名称，它是由自由交换的层间阴离子层状双光基的八面体结构化合物^[5]。LDHs的结构和水镁石 Mg(OH)₂的结构相似都是层与层之间的细胞层顶部堆叠在一起的正八面体结构，由 MgO₆八面体共用棱构成，层板上带正电荷是因为Al³ 可在一定范围内把位于层上的 Mg² 同晶取代^[6]。

这一结构之所以呈电中性是因为层板上的正电荷被存在于层间的可交换阴离子（如CO3^2-、OH^-等）所平衡了。其化学分子式为：

[M² _1-xM³ _x(OH)₂](A^n-)_x/n·yH₂O。

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