[发明专利]磁性水滑石/溴氧化铋复合物的制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种磁性水滑石/溴氧化铋复合物的制备方法和应用，属于无机光催化领域。该复合物包括磁性水滑石和溴氧化铋，其制备方法为：采用共沉淀法合成水滑石，采用溶剂热法合成磁性水滑石，最后利用溶剂热和焙烧法合成磁性水滑石/溴氧化铋复合物。本发明的磁性水滑石/溴氧化铋复合物克服了溴氧化铋和磁性锌铝水滑石的缺陷，具有更快的电子空穴分离效率和转移速度，减少电子空穴对的复合，提高了可见光对Cr(VI)的催化还原活性，具备成本低、制备方便、易于分离等优点，能够广泛应用于光催化还原废水中重金属铬，催化效果可达98％，同时具有磁分离效果以及良好的稳定性和重复利用性，在实际废水处理中也具有良好的催化还原活性。

技术领域

本发明涉及无机光催化领域，具体为磁性水滑石/溴氧化铋复合物的制备方法和应用。

背景技术

由于铬的致癌性、诱变性和致畸性，Cr(VI)被定于为优先污染物。越来越多的人开始关注治理铬的技术，在工业生产过程中，Cr(VI)的产生来源广泛，如皮革制造、电镀、木材防腐剂、染料、油漆和纸张等都会产生 Cr(VI)。

到目前为止，许多传统技术已应用于去除工业废水中的Cr(VI)，例如，膜技术(如反渗透和超滤)、电凝聚、离子交换、吸附、光催化降解和生物处理。与其他技术相比，光催化技术具有能耗低、避免二次污染、无毒等优点。特别是光催化技术可以实现Cr(VI)的一步光还原，已被证明是一种有效的策略。在光催化过程中，高毒性的Cr(VI)可以被还原为危害性较小的Cr(III)。然而，大多数的催化技术主要以紫外光作为光源，紫外光只占太阳光谱的3-5％，同时紫外光对人体有害。因此，设计高效的可见光驱动的光催化剂以最大限度地利用太阳能已经成为研究的热点。

近年来，氧化铋(BiOX，X＝I、Br、Cl)以其独特的三元片层结构、高稳定性和优异的光电性能引起了人们极大的研究兴趣。由于适宜的带隙能 (2.7eV)和较宽的可见光吸收边，BiOBr被广泛用于分解各种环境污染物，包括重金属和有机污染物。但是由于BiOBr电子空穴对较难分离、复合速率高等缺点，阻碍了其在实际中的应用。因此需要对BiOBr进行改性，克服其自身缺点，增强光催化活性。

近20年来，直接制备或热处理后的水滑石(LDHs)已成为一种很有前途的多相催化剂。水滑石作为催化剂、催化剂前驱体和催化剂载体被广泛应用于各种反应，如CO₂还原、有机污染物光降解、Cr(VI)还原等。此外， LDHs可作为制备混合金属氧化物材料(MMOs)的前驱体。MMOs具有比表面积大、基本性能好、金属离子组分分散均匀且热稳定性好、元素间协同作用强、在温和条件下结构重构的可能性大等特点，这些都是催化剂非常重要的属性。因此，LDHs及其衍生物在Cr(VI)光催化还原方面，是很有前途的催化剂和催化剂载体。

Fe₃O₄是应用最广泛的磁性材料之一，具有良好的超顺磁性。含Fe₃O₄的磁性催化剂可以简化废水后处理，在外加磁场作用下具有易固液分离的特点。此外，由于Fe₃O₄具有良好的光稳定性、生物相容性、成本低等优点，Fe₃O₄被认为是催化领域潜在的催化剂增效剂。

申请号为CN201811354137.1的专利申请，公开了一种磁性水滑石负载二氧化钛复合材料的制备方法和应用，通过以锌和铝的硝酸盐以及氢氧化钠、无水碳酸钠、四氧化三铁和二氧化钛为原料，先进行共沉淀反应，然后进行水热晶化处理，获得的复合材料包括磁性锌铝水滑石和二氧化钛，二氧化钛负载在磁性锌铝水滑石上，具有比表面积大、吸附量大、对紫外光吸收好等优点，是一种通过吸附和光催化协同的方法去除水中有毒Cr(VI) 的纳米复合材料，然而该技术中存在以下问题：以紫外光作为光源，成本高且紫外光对人体有害，其次，对浓度超过50mg/L的Cr(VI)溶液去除率仅为63.46％，且催化所需时间长，再次，重复利用效率较低，导致催化剂应用成本升高，最后，该催化剂没有进行实际废水处理，不具有广泛的实际应用价值。