[发明专利]一种碳纳米管复合材料及其用于光催化降解

说明书

技术领域

本发明属于碳纳米管复合材料复合材料及其应用。具体涉及层状双金属氢氧化物/碳纳米管复合材料及将其用于光催化降解染料分子。该复合材料具有结构稳定，光催化性能好的特点。

技术背景

碳纳米管由于其独特的结构和优异的性能而被广泛应用于催化、储氢、光学、电学等领域。由于碳纳米管具有高比表面积、热稳定性好、化学惰性的特点，常被用作催化剂载体。

层状双金属氢氧化物(LDHs)是一类层状无机功能材料，其结构通式为：[M^II_1-χM^III_χ(OH)₂]·[A^n-_χ/n]·nH₂O，其中M^II、M^III为位于层板上的金属阳离子，A^n-为层间阴离子。它具有层板阳离子组成和层间阴离子种类可调控的特点，是良好的催化材料或催化剂前体。Robert Kun等人(Colloids and Surfaces A：Physicochem.Eng.Aspects.2005，265，155-162)研究了通过自组装方法合成的锌铝(ZnAl)-层状双金属氢氧化物降解吡啶橙的光氧化性能。E.M.Seftel等人发现了ZnAl-层状双金属氢氧化物经焙烧后具有光降解甲基橙的性能(Microporous and Mesoporous Materials.2008，113，296-304.)。但是，由于纳米尺寸效应，层状双金属氢氧化物晶粒之间会发生相互团聚堆积，这样造成处于边缘的活性组分分散性降低、活性中心数减少，其催化效率降低。此外，在焙烧过程中层板坍塌也会造成粒子的进一步团聚，比表面降低，活性中心数减少，从而影响焙烧产物的催化活性。为了克服这些缺点，提高层状双金属氢氧化物及其焙烧产物的分散性，可以将层状双金属氢氧化物负载在催化载体上来增强其催化活性。

甲基橙，其分子式为C₁₄H₁₄N₂NaO₃S，化学名称为对二甲氨基偶氮苯磺酸钠，其0.1％水溶液是一种常见指示剂。工业废水中一般含有甲基橙等污染物，它们不仅污染环境，而且导致水体颜色变化，影响太阳光透过，从而造成生态环境恶化。

Tianjun Sun等人(J.Phys.Chem.C，2008，112，715-721.)研究了氧化锌光催化降解甲基橙分子。二氧化钛也被用于光催化降解甲基橙(LungChyuan Chen，Ind.Eng.Chem.Res.，1994，33，1436-1443)。目前，人们主要依靠这些材料的改性或者控制其形貌来调节其催化性能，制备过程比较复杂，成本高。二氧化钛降解甲基橙的催化性能尽管较好，但合成二氧化钛的所用原料较贵，且反应需要强酸处理，不利于环境友好。

在专利申请2007100985427中，我们研究了层状双金属氢氧化物/碳纳米管异质结构材料及其制备方法，合成了不同类型的层状双金属氢氧化物/碳纳米管复合材料。采用此方法得到的复合材料具有结构稳定、分散性好、组成可调、催化性能好等特点。

发明内容

本发明目的是提供一种碳纳米管复合材料，即ZnAl-层状双金属氢氧化物/碳纳米管复合材料。本发明的另一目的是提供该材料的用途，即将该碳纳米管复合材料用于光催化降解甲基橙等染料分子。

层状双金属氢氧化物是一类广泛应用的催化材料。在专利申请2007100985427中，我们将层状双金属氢氧化物(简写为LDHs)与碳纳米管(简写为：CNTs)复合得到层状双金属氢氧化物/碳纳米管复合材料。

本发明提供的碳纳米管复合材料，具体为ZnAl-层状双金属氢氧化物/碳纳米管复合材料(简写为：ZnAl-LDHs/CNTs)，其结构通式为：

[Zn²⁺_1-xAl³⁺_x(OH)₂](CO₃^2-)_x/2·nH₂O/CNTs，