[发明专利]一种ZnAl-LDO@Nb2O5光催化材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种ZnAl‑LDO@Nb₂O₅光催化材料的制备方法以Nb₂O₅·nH₂O微球为核，采用原位生长的方法，以尿素作为沉淀剂得到ZnAl‑LDH@Nb₂O₅·nH₂O前驱体，前驱体在400℃煅烧得到ZnAl‑LDO@Nb₂O₅光催化材料。该光催化材料表面的LDO能够吸附阴离子染料，弥补了单一Nb₂O₅催化剂在弱酸性、中性和碱性条件下不能够吸附阴离子染料的缺陷，因此使其在pH>5的条件下能够降解阴离子染料，比如刚果红，从而拓展了Nb₂O₅催化剂的应用。

技术领域

本发明涉及光催化降解材料，具体涉及一种新型的ZnAl-LDO@Nb₂O₅光催化材料的合成方法及其在处理刚果红染料污水中的应用。

背景技术

染料广泛应用于印染、化妆品以及医药等行业，应用广泛，种类繁多。据报道，我国染料年产量已经达到115万t，位居世界前列。随着各种染料的广泛使用，其中有约15%的染料在生产和使用过程中被释放到水体中。由于这些染料大多数极其稳定，进入水体之后很难自然降解，从而造成水体色度高，进而影响水生动植物的正常活动。再者，大多数染料以及染料中间体都具有致癌、致畸、致突变效应，毒性大，对人类和其它生物的健康形成极大的威胁。由于染料废水组成复杂、色度高、化学需氧量（COD）高以及难降解物质多等特点，加大了染料废水的处理难度，成为国内外废水处理的难题之一。当前，染料处理的方法主要有物理法、化学法、絮凝法、膜过滤以及光催化降解法等。其中，光催化降解法，特别是可见光下的催化降解法，由于其费用低、无二次污染、环境友好以及操作简单等优点备受关注和研究。从经济以及地球资源日趋匮乏角度考虑，光催化降解是解决全球性的环境恶化和能源危机的一个重要途径。

当前，有很多种类的无机半导体光催化材料，比如TiO₂, Nb₂O₅, ZnO, CdS, ZnS等，其中，由于Nb₂O₅克服了传统酸催化剂分离回收困难、腐蚀性大、污染严重等缺点，具有处理简单、易分离、活性高和热稳定性好、可再生循环利用、对环境污染和对设备腐蚀程度小等优点，因此引起了国内、外学者的广泛关注。众所周知，Nb₂O₅是一种光敏催化剂，其降解染料的过程可以分成三个步骤：（1）染料被吸附在催化剂的表面；（2）被吸附染料吸收光子，然后激发；（3）激发染料转移电子进入半导体的导带。很显然，第一步骤是非常关键的一个环节。

Prado 等研究了Nb₂O₅的表面电荷性质（Applied Catalysis B: Environmental82 (2008) 219–224）。当溶液pH>5.4 时，Nb₂O₅表面带负电，能够吸附带正电染料。当溶液3.8<pH<5.4 时，Nb₂O₅表面呈电中性，很难吸附染料。当溶液pH<3.8 时，Nb₂O₅表带正电，能够吸附带负电染料。由于染料污水通常pH都是大于5的，因此Nb₂O₅通常用于降解正电染料，比如罗丹明B、亚甲基蓝，而不能用于降解带负电的染料，如刚果红，极大的限制了Nb₂O₅在染料污水处理方面的应用。

水滑石是无机层状化合物（LDH），由带正电的金属层板和层间阴离子相互堆积而成。在500℃以下煅烧LDH得到金属氧化物（LDO），该金属氧化物具有比表面积大以及独特的“记忆效应”。利用此特点，在中性和碱性条件下，阴离子染料是很容易吸附在表面以及进入LDH 层间。