[发明专利]基于可见光响应的水滑石光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化剂的制备技术领域，特别涉及一种基于可见光响应的水滑石光催化剂及其制备方法。

背景技术

利用光催化剂技术净化环境是一项“绿色环保的技术”，其充分利用太阳能在光催化剂的作用下，能有效去除空气中有害的物质、降解VOC(甲醛、苯系物等污染物)，直接光催化分解水制备氢气、降解水体污染物(染料，苯酚)等，已经成为各国学术界和产业界的研究热点。目前以化学性质稳定的二氧化钛氧化物为研究对象，因为其只能吸收太阳能中的紫外光部分(5％)，其广泛的工业应用受到极大的限制。对于太阳光谱中占绝大部分的可见光区(43％)没有响应，因此TiO₂在实际应用中往往存在效率低的问题。

为了能有效提高利用太阳能效率，需要开发出在可见光下也具有催化剂活性的光催化剂。开发新型的可利用可见光能量的光催化剂，研发高催化活性，易于制备的光催化剂，是解决当前光催化技术中难题的关键。

目前开发的可见光型光催化剂主要集中于CdS，CdSe，WO₃，Fe₂O₃等半导体化合物，但由于其抗光腐蚀性差以及活性低等问题，极大的限制了可见光催化材料的应用和发展。

水滑石(Hydrotalcite)，其主体一般由两种金属的氢氧化物构成，因此又称为层状双羟基复合金属氧化物(Layered Double Hydroxides，简写为LDHs)。LDHs是一类重要的阴离子型层状粘土材料，层板的二价和三价金属阳离子在层板高度分散，并与羟基以共价键形成有序的主体结构，层间阴离子以静电作用，范德华作用力等平衡主体层板电荷，并具有离子交换性能。研究人员通过合理的设计将不同种类的金属离子以及层间阴离子进行调控，合成的水滑石具有赋予了该类材料多功能特性。将水滑石应用于可见光光催化领域必会促进可见光催化材料的应用和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在可见光下具有光催化性能的水滑石光催化剂及其制备方法。

本发明的技术方案：基于水滑石层板的可调控性以及易于大规模工业化生产的优势，通过调控层板的元素组成、层间客体，合成在可见光具有吸收，且催化性能优异的水滑石光催化剂材料。该催化剂充分利用了水滑石层板金属元素高度分散，以及水滑石客体可调控等特点，实现了在可见光下具有响应的特点。

本发明制备的基于可见光响应的水滑石光催化剂，其化学式为：[M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂]^x+·(A^n-)_x/n·mH₂O，其中，M²⁺是Cu²+、Ni²⁺、Zn²⁺中的一种或几种；M³⁺是Cr³⁺；0.2≤x≤0.33；A^n-是NO₃^-或CO₃^2-，n为阴离子的化合价数；m为结晶水数量，取值范围为0.5-9。

本发明的具体制备步骤如下：

1)配制总浓度为0.01-2.00mol/L的二价金属盐与硝酸铬的混合盐溶液，二价金属离子与铬离子摩尔比为2.0-4.0；配制浓度为0.01-4.00mol/L的NaOH碱溶液或NaOH与Na₂CO₃的混合碱溶液，其中NaOH与Na₂CO₃的摩尔比为0.8-1.2；按NaOH摩尔数为二价金属盐和硝酸铬摩尔数之和的1-3倍将混合盐溶液与碱溶液或混合碱溶液同时加入到旋转液膜反应器中，旋转1-3min，即得层间阴离子为NO₃^-或者CO₃^2-的水滑石胶体；

2)将步骤1)制备的水滑石胶体在60-120℃的反应釜中晶化10-30小时，冷却至室温，用去离子水充分洗涤，至上层清液的pH小于8，在50-100℃下干燥4-36h，研磨即得基于可见光响应的水滑石光催化剂。

步骤1)所述的二价金属盐为硝酸铜、硝酸镍、硝酸锌中的一种或几种。