[发明专利]一种光化学改性双金属氢氧化物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于材料表面改性领域，具体涉及双金属氢氧化物表面光化学改性，改性的双金属氢氧化物用于光催化降解水体中的染料污染物。

背景技术

随着现代社会工业的迅速发展，工业生产时排放出的废气、废水中的污染物成为威胁人类的健康以及地球生态环境的一大因素。例如在合成涂料、塑料、制革、纺织过程等产生的废水含有醛或酚类有害物质，甚至日常生活饮用水也会受到所接触的输配水管、蓄水容器、供水设备和含有漆酚、环氧(酚醛)树脂的涂料、内衬等防护材料的溶出污染。因此如何处理空气和水体中的污染物一直以来都是科学研究工作者的关注焦点。光催化降解污染物技术是近来发展的一种有效的处理污染物的手段，它利用紫外光甚至是太阳光作为能源，激发半导体催化剂产生强氧化性自由基，可以成功的降解水中的大多数有机物。它运行成本低，是一种高效节能技术，具有良好的应用前景，为彻底解决环境污染问题提供了新的思路和新的方法。

TiO₂光催化剂目前已广泛使用，但是它存在着禁带较宽、量子产率较低等缺点，因此近年来针对光催化剂改性和发展新型光催化剂的研究成为人们关注的热点。双金属氢氧化物是一种由层间阴离子与带正电荷层板有序组装而成的化合物。其层板阳离子和层间阴离子可灵活调变，已被作为催化剂而广泛研究。K.M.Parida等人研究了含铬LDHs中不同层板二价阳离子对其光催化降解甲基橙性能的影响，其中LDHs对可见光的吸收来自于层板中双金属氧桥M^II-O-Cr^III的金属-金属电荷转移[N.Baliarsingh,K.M.Parida,G.C.Pradhan.Ind.Eng.Chem.Res.,2014,53,3834-3841]。采用F^-、SO₄^2-、PO₄^3-等非金属阴离子对金属氧化物半导体表面进行改性是提升催化性能的方法之一，例如Honggang Fu等人报导了将TiO₂光阳极浸渍于磷酸钠水溶液中，然后在450℃下煅烧，得到磷酸根改性的TiO₂光阳极，该光阳极在改性之后催化水氧化和降解有机物的性能得到明显提升[L.Jing,J.Zhou,J.R.Durrant,J.Tang,D.Liu,H.Fu.Energy Environ.Sci.,2012,5,6552-6558]。然而，目前的表面改性主要针对金属氧化物半导体，且改性过程均需煅烧处理，对于双金属氢氧化物光催化剂表面光化学改性的研究尚无报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种光化学改性双金属氢氧化物及其制备方法，改性的双金属氢氧化物可直接用于光催化降解染料反应。

本发明提供的磷酸根改性双金属氢氧化物(以下简写为LDHs)：其化学式为：[M²⁺_1-xN^3+/4+_x(OH)₂](CO₃^2-)_x/2(PO₄^3-)_y·nH₂O，其中M为Ni、Zn中的一种，N为Cr、Ti中的一种，x＝0.2～0.33，x:y＝1～2:1，n＝1～6。LDHs表面改性后磷酸根的摩尔含量为2-6％，LDHs的晶粒尺寸为30～200nm。

本发明采用的改性方法是：将LDHs超声分散于磷酸缓冲溶液中，在磁力搅拌下利用具有连续波长的光源照射该LDHs分散液，将改性后的LDHs样品用去离子水洗涤、干燥，得到磷酸根表面改性的LDHs光催化剂。该改性过程快捷简便，反应条件温和，不需要高温处理，可有效增强LDHs光催化剂的性能。

上述双金属氢氧化物表面光化学改性方法,具体步骤如下：

A.用可溶性磷酸盐配制成摩尔浓度为0.05～1mol/L的缓冲溶液，其中缓冲溶液的pH为6～9；所述的可溶性磷酸盐为：磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、磷酸氢二钾和磷酸氢二钠中的一种；

B.将LDHs加入到步骤A所述的磷酸缓冲溶液中，其中LDHs的加入量为1～10g/L，超声10～60分钟，超声功率为350～700W；再在磁力搅拌下用光源照射0.5～4小时；离心分离出LDHs；