层状双金属复合氢氧化物对水中阴离子的选择吸附性能研究

层状双金属复合氢氧化物（LDHs）是一类近年来发展迅速的阴离子型层状粘土，LDHs及其焙烧产物（LDO）具有吸附、离子交换和结构"记忆效应"等性能。很多工业废水中含有多种阴离子污染物，难以处理和对水与有价值的阴离子分别回收利用。LDHs和LDO对不同阴离子具有明显的选择吸附作用，但现有研究还很少涉及。本课题针对工业废水中水和阴离子难以分离提纯和资源化问题，拟研究LDHs和LDO对水中阴离子的选择吸附性能、吸附过程中LDHs和LDO材料的结构变化，并系统研究其选择性吸附机理、吸附过程动力学和热力学规律，优化含多种阴离子废水的资源化和多种阴离子的分离提纯技术，意图为LDHs和LDO材料在含多种阴离子污染物废水资源化中的推广奠定相关理论和应用基础。

本项目针对工业废水中水和阴离子难以分离提纯和资源化问题，采用LDHs和LDO对水中阴离子进行了选择吸附研究。主要研究了吸附过程中LDHs和LDO材料的结构变化，并系统研究了其选择性吸附机理、吸附过程动力学和热力学规律，优化了含多种阴离子废水的资源化和多种阴离子的分离提纯技术。为了解决粉体吸附材料与水的分离问题，进行了LDHs和LDO薄膜的制备和选择性吸附性能研究，在发现该结构化选择吸附材料对含硫阴离子的选择性吸附性能的同时，发现其对阴离子具有具有优异的电吸附性能，进一步发现该材料具有优异的超电容性能和防腐蚀性能。研究发现，LDO材料可以从含S2O32-:SCN-=1（摩尔比）的废水中选择吸附S2O32-，吸附后溶液中S2O32-:SCN-=1：7；采用不同方法制备的LDHs和LDO具有不同形貌结构的选择吸附能力，利用尿素水热法制备的LDO对S2O32-和SCN-的吸附率分别为98%和0，选择性非常明显；吸附动力学和热力学研究表面该吸附过程符合Langmuir模型的化学吸附过程。采用制备的结构化NiAl-LDO/泡沫镍（NiAl-LDO/NF），提高了吸附材料与溶液的分离性能的同时，其对S2O32-和SCN-的吸附容量分别为209.4 mg/g和15.9mg/g；用做电吸附材料吸附Cl-,对0.01mol L-1的NaCl溶液中NaCl的一次脱除率高于37.5%，容量高达81.2mg/g。通过研究电吸附性能，发现该类材料具有优良的超电容性能。研究发现制备的三维结构的NiTi-LDH/NF和多级结构的NiAl−LDH/碳纳米管/NF材料的面积电容在5 mA cm−2电流下分别达到了10.37 F cm−2 和7.5 F cm−2。本课题研究为LDHs和LDO材料在含多种阴离子污染物废水资源化中的推广奠定了相关理论和应用基础，并开辟了结构化LDHs材料用做高性能超电容材料和防腐蚀材料的新方向。