[发明专利]多酸插层3D-LDHs光Fenton催化剂的制备方法

说明书

多酸插层3D‑LDHs光Fenton催化剂的制备方法，它涉及一种光催化剂的制备方法。本发明属于环境材料制备技术领域。本发明是为了解决现有的光催化材料制备条件苛刻，如需要氮气气氛保护和脱除CO₂的去离子水，并且在去除有机污染物过程中存在有机物矿化程度不完全的技术问题。本方法如下：将Co(NO₃)₂·6H₂O或Ni(NO₃)₂·6H₂O、Fe(NO₃)₃·9H₂O、尿素、NH₄F和Tris溶液，在高压釜中反应，将得到的凝胶再分散在Na₂CO₃溶液中，洗涤干燥，即得样品；将制得的样品分散在PMo₁₀或CoW₁₂溶液中，过滤，洗涤，干燥，即得催化剂。本发明在不受氮气保护、无需脱CO₂的条件下制备的催化剂在光催化和Fenton催化氧化协同作用下50min对持久性有机污染物偶氮染料(亚甲基蓝和甲基橙)和1‑氯萘的降解率均能达到90％以上，矿化率均能达到73％以上。

技术领域

本发明涉及一种光催化剂的制备方法，具体涉及一种三维层状双金属氢氧化物/多金属氧酸盐复合光Fenton催化剂的制备。本发明属于环境材料制备技术领域。

背景技术

Fenton氧化技术作为一种废水治理技术的化学方法，与物理法和生物法相比，其优点是在Fenton氧化过程中，生成·OH等强氧化能力自由基，使有机污染物化学键断裂，最终矿化为CO₂、H₂O等无机小分子物质，符合废水“零排放”的环保要求。然而，传统Fenton技术在实际操作中存在一定技术短板和限制，为突破传统Fenton技术瓶颈，“类Fenton”技术应运而生。光Fenton反应由于Fe²⁺和太阳光对H₂O₂的催化分解存在协同效应，显著提升污染物的去除率，并且克服了传统Fenton反应pH条件苛刻和H₂O₂利用量大等缺点而被广受关注。近些年CdS、SnO₂、MnO_x、MOFs、TiO₂、POMs等材料已作为光Fenton催化剂去除各类污染物，但上述催化剂存在着尺寸可控性差、光能利用率低、可见光响应弱、稳定性差等弊端。这些问题都极大限制了已有光Fenton催化剂的应用范围，因此，构建出活性高、稳定性强、使用范围广的光Fenton催化剂体系是当前迫切需要解决的问题。

层状双金属氢氧化物(LDHs)由于具有较大的比表面积、较高的离子交换容量、优良的热稳定性和生物相容性、低毒环境友好性、制备成本低等特点，被认为是有巨大发展前景的光催化材料。然而，单层LDHs具有较差的电荷迁移率和较高的表面电荷密度，这容易导致光生电子-空穴对的快速重组和纳米片的团聚，从而阻碍其光催化活性，限制了其实际应用。

多金属氧酸盐(POMs)应用于废水中光催化降解有机和无机污染物(染料、苯酚、氯乙酸、有机氯农药、铬、汞、铅等)的效果已得到证实。然而，POMs在极性溶剂中易溶解导致稳定性差，不易回收利用；禁带宽度大，导致对可见光利用率低等缺点限制了其实际应用。

LDHs层板富含羟基，因此其在水中有很好的分散性。多酸是一类具有优异催化活性的材料，但是稳定性相对较差，而LDHs是一类优良的载体，因此制备多酸插层LDHs复合材料己经成为现在研究的一个热点。目前传统的合成多酸插层LDHs的方法有离子交换法、共沉淀法、焙烧复原法等，这些方法在制备过程中通常需要调节溶液的pH值，因为LDHs在酸性条件下层板的金属阳离子会部分溶解从而产生杂质，多酸只能在一定的p H值范围内稳定存在。此外，酸性或碱性太强都会使多酸发生水解，降低材料的催化活性和稳定性。因此，制备过程中调节溶液的pH值至关重要。为了实现电荷密度平衡及LDHs层板与多酸尺寸大小的匹配，通常负电荷小于4的多酸是无法插层到LDHs层板间。综上所述，多酸插层LDHs复合材料制备方法的改进是目前急需解决的一个难题。