[发明专利]铜铁层状双金属氢氧化物、铜铁层状双金属氢氧化物/碳基复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及铜铁层状双金属氢氧化物、铜铁层状双金属氢氧化物/碳基复合材料及其制备方法和应用，所述铜铁层状双金属氢氧化物的制备方法包括：（1）将金属铜盐和金属铁盐溶于去离子水中，得到混合溶液；（2）在混合溶液中加入碱性试剂，调节pH=5～7后，在60～130℃下陈化20～80小时，得到所述铜铁层状双金属氢氧化物。

技术领域

本发明涉及铜铁层状双金属氢氧化物、铜铁层状双金属氢氧化物/碳基复合材料及其制备方法和应用，具体涉及一种铜铁层状双金属氢氧化物及其碳基复合材料，其制备方法和光化学催化去除水体氨氮应用，属于水处理技术领域。

背景技术

氨氮是水中常见的污染物，主要来源于化肥、制革、养殖、石油化工、肉类加工等行业的废水与垃圾渗滤液排放，以及城市污水和农业灌溉排水。大量氨氮废水的排放会引起水体富营养化、产生恶臭、供水出现困难。目前，国内外针对氨氮废水的处理方法主要有物化脱氮法(折点氯法、化学沉淀法、离子交换法等)、生物脱氮法以及高级氧化法(臭氧氧化法、光催化氧化和电化学氧化法)，但上述方法均存在不同程度的工艺周期长、设备要求高、处理效果有限易产生二次污染等问题，难以得到广泛应用。

层状双金属氢氧化物(LDHs)是新兴的一类由正价金属氢氧化物层与层间阴离子构成的具有规整结构的化合物，包括水滑石和类水滑石化合物，是一种重要的无机功能材料。该材料为层状结构，层板带结构正电荷，层间由阴离子和水分子构成，层与层之间通过静电作用结合在一起。其结构通式为：[M^I_1-X M^II_X(OH)₂]^x+(A^n-)_x/n·mH₂O(其中M^I＝Mg²⁺、Ni²⁺、Fe²⁺、Co²⁺、Mn²⁺等，M^Ⅱ＝Al³⁺、Fe³⁺、Ti⁴⁺等，A^n-为层间阴离子，m为层间水分子数)。这样的一种结构显然具有组成可调、层板元素分散性高以及比表面积大的优势。理论上来说，任何二价三价金属离子都可以自由组成LDH，然而在实际的研究中发现，二价铜离子与三价金属离子如Fe³⁺形成LDH结构十分困难。这是因为二价铜离子在八面体结构中具有强烈的姜太勒效应(Jahn-Teller effect)。当与三价金属离子进行共沉淀时，优先生成变形八面体复合盐而不能形成层状结构的水滑石结构。铜基LDH材料的制备条件十分严苛，常规方法所制备产品一般纯度不高，多含有氧化铜杂质。但铜离子作为一种催化稳定性高、价格便宜、资源丰富的活性成分，在废水的光催化降解应用方面很有潜力。此外，次氯酸盐通常被用来去除水中氨氮污染物，但是单独的化学法产生的活性自由基种类单调且数量有限，对氨氮的去除效率较低。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供了铜铁层状双金属氢氧化物、铜铁层状双金属氢氧化物/碳基复合材料及其制备方法和应用。

第一方面，本发明提供了一种铜铁层状双金属氢氧化物的制备方法，包括：

(1)将金属铜盐和金属铁盐溶于去离子水中，得到混合溶液；

(2)在混合溶液中加入碱性试剂，调节pH＝5～7后，在60～130℃下陈化20～80小时，得到所述铜铁层状双金属氢氧化物。

本发明首次发现铜与铁元素在共沉淀过程与反应液pH值之间存在敏感关系，pH过小，铜元素无法沉淀，pH过大，则会形成过量的氧化铜杂质。进一步通过pH精准调控手段(pH＝5～7)实现了高纯的铜铁LDH的制备，在此pH条件下，可在铜离子姜太勒效应下形成铜铁氢氧化物的共沉淀，并有效抑制氧化铜出现，形成高纯材料。