Highly Efficient, Irreversible and Selective Ion Exchange Property of Layered Titanate Nanostructures

材料科学 钛酸酯 金红石 离子交换 热液循环 金属 化学工程 无机化学 纳米纤维 离子 纳米技术 复合材料 化学 有机化学 冶金 陶瓷 工程类
作者
Nian Li,Lide Zhang,Yongzhou Chen,Ming Fang,Junxi Zhang,Huimin Wang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:22 (4): 835-841 被引量:259
标识
DOI:10.1002/adfm.201102272
摘要

Abstract Layered titanates (Na 2 Ti 3 O 7 ·nH 2 O) with exchangeable sodium cations located in the interlayer have been synthesized by simple hydrothermal treatment of Ti precursor in concentrated NaOH solutions. By proper control of the synthesis conditions, different morphologies of nanofibers and nanosheets are obtained. The metastable layered structure of the titanates collapses during the ion exchange, resulting in irreversible ion exchange. Target cations (eg., Ag + , Cu 2+ , Pb 2+ and Eu 3+ ) are completely concentrated from water and then tightly immobilized in the interlayer which is of great significance for the removal and subsequent safe disposal of hazardous metal cations. The ion exchange of the nanosheets is much more efficient than that of the nanofibers and other inorganic ion exchangers due to the larger surface area, less stable layered structure and larger amount of interlayer water of the nanosheets. The ion exchange of the titanates is also very selective. Valence, hardness, and radius of cations are main factors affecting the selectivity. Cations trapped in the interlayer are released by an acid‐induced phase transformation of the titanate nanosheets to rutile. Then the rutile can be used as a new Ti precursor to synthesize the titanate nanostructures, resulting in a full cycle of material use. The nanosheets may find applications in the decontamination and safe disposal of radioactive and heavy metal cations and also in the collection of valuable cations from water.
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