[发明专利]一种层状双金属氢氧化物复合材料及其制备与应用

说明书

本发明涉及一种层状双金属氢氧化物复合材料及其制备与应用，该复合材料首先以生物质为原材料制备水热炭，再通过水热合成法将层状复合金属氢氧化物负载于水热炭表面，经简单的固液分离、洗涤、干燥后即可。本发明方法得到的水热炭/层状双金属氢氧化物复合材料能与H₂O₂组成类芬顿反应体系，达到有效降解水环境中药物和个人护理用品、内分泌干扰物、有机染料等污染物的目的。水热炭/层状双金属氢氧化物复合材料制备简易，反应条件温和，利用效率高，成本低，是一种应用潜力较大的复合材料催化剂。

技术领域

本发明涉及污水治理技术领域，具体涉及一种层状双金属氢氧化物复合材料及其制备与应用。

背景技术

内分泌干扰物、药物和个人护理品等新兴污染物近年来引起广泛关注，由于其具有疏水性特点容易在生物体内富集，从而在一定程度上干扰了环境中生物体正常的生理功能。目前许多国家和地区的地表和地下水环境均有检出浓度为ng/L-μg/L级的新兴有机污染物，同时饮用水厂采用的现有工艺对此类污染物的处理效果有限，甚至可能产生其他副产物而间接或直接影响人体健康。同时对此类污染物的有关废水处理也缺少有效的深度处理技术。

近年来，以产生强氧化性自由基为主的高级催化氧化技术得到较快发展，其主要是利用活性自由基攻击有机污染物，将有机分子逐步降解为小分子物质，达到高效去除有毒有害有机污染物的目的。相比于传统均相芬顿反应存在pH响应范围窄、反应过程中产生铁泥以及无法实现活性组分的问题，多相类芬顿催化具有操作简单，反应条件温和，成本相对较低等特点。然而目前发展起来的类芬顿催化剂存在中性条件下活性较低、稳定性较差、H₂O₂利用率较低等不足。因此有必要针对现有技术问题进一步发展可行的方法。

层状双金属氢氧化物(LDHs)由于其结构组成多样性、层板金属离子高度分散性以及层间阴离子的可交换性，在吸附、催化、环境保护、能源储备等领域具有广泛的应用前景。尤其在LDHs独特的层板结构中引入不同的过渡金属离子，可以使LDHs具有良好的催化活性，实现与H₂O₂组成的类芬顿体系在pH中性条件下对有机污染物的降解。但LDHs材料也存在不足，如容易团聚，活性中心数目减少等。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种活性强、制备简单的层状双金属氢氧化物复合材料及其制备与应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种层状双金属氢氧化物复合材料，该材料包括由氢氧化铜和氢氧化铬组成的层状双金属氢氧化物(LDH)以及负载在层状双金属氢氧化物表面的水热炭(HBC)，所述水热炭与层状双金属氢氧化物的质量比为(0.01～0.1)：1。本发明通过在层状双金属氢氧化物中引入水热炭，不仅具有良好的催化活性，而且水热炭能够有效防止层状双金属氢氧化物的团聚，提高层状双金属氢氧化物的利用率；另外，水热炭表面具有丰富的含氧功能基团，，可以进一步提高层状双金属氢氧化物的催化活性。

所述的层状双金属氢氧化物中氢氧化铜与氢氧化铬的摩尔比为1：(0.2～1)。

一种如上所述层状双金属氢氧化物复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将粉末状的生物质原料置于水中，混合均匀后在水热反应下得到水热炭；

(2)将铜盐和铬盐溶于水中并混合均匀得到混合溶液，滴加碱性试剂，并同时将水热炭浸渍在混合溶液中，搅拌，然后置于反应釜中反应，过滤、洗涤、干燥即得所述层状双金属氢氧化物复合材料。

所述的粉末状的生物质原料是将农林产品及废弃物经机械研磨成粉，水洗、干燥得到；

所述的水热反应的条件为：温度100～120℃，时间2～24h，所述水热反应得到的产物经抽滤方式获得，并洗涤至中性，然后于50～100℃条件下干燥。