[发明专利]四元双氢氧化物光催化剂及其应用

说明书

本发明公开了一种四元双氢氧化物光催化剂，制备方法为：(1)向含有四种金属离子的盐溶液中加入碱溶液，进行水热反应，得到前体；所述四种金属离子为：①Cu²⁺或Ni²⁺或Fe²⁺；②Mg²⁺；③Al³⁺；④Ti⁴⁺；(2)在400～600℃下对前体进行煅烧活化；(3)进行水合重建处理，待LDHs的“记忆效应”发挥作用，重建层状结构；烘干，即得到四元双氢氧化物光催化剂。所述四元双氢氧化物光催化剂在降解阿莫西林中的应用。本发明在构造LDHs时引入钛源，赋予其光催化能力；引入第Ⅱ类金属提高光催化活性的同时拓宽响应光谱，具有更高的光催化效率和使用水质范围。

技术领域

本发明涉及一种四元双氢氧化物光催化剂，及其在降解阿莫西林中的应用，属于光催化材料技术领域。

背景技术

能源枯竭是人类面临的最大困境之一，因此利用太阳能、生物质能、风能、地热能等新能源解决生存问题及环境问题是大势所趋。而光催化技术被认为是当下最有效的能够解决能源和环境问题的方法之一。光催化氧化技术是一种环境友好型的绿色水处理技术，它在常温、常压下即可反应，能够彻底降解废水中的有机污染物，且催化剂本身无毒也不会产生有毒副产物，用于降解抗生素类废水，具有处理效率高、反应温和、无二次污染、使用范围广等特点，因此具有良好的应用前景。

在污水处理领域中，光催化剂的研究报道有很多，光催化半导体材料主要是TiO₂、ZnO、CdS、WO₃、SnO₂等，但实际水厂中应用的光催化剂还是以钛系为主。二氧化钛最主要的弊端在于一方面是光生载流子寿命短，光生电子空穴不能有效分离导致光量子效率低；另一方面是只能被紫外光(波长小于380nm)激发，这部分紫外光仅占太阳光的4％，太阳能利用率低。此外，传统光催化剂对污水水质要求严格，而实际污水水质变化幅度大，难以控制。为了改善TiO₂的弊端，研究者们做出了很多努力，如掺杂其他活性组分、与其他材料复合、改变催化剂的形貌等，光催化活性被提高但这些改性方法的制备工艺一般比较复杂，很难在现实中被应用。因此，设计出制备工艺简单、能被可见光激发、光催化活性高且能适应于不同水质下的可调控的光催化剂，在当下的抗生素废水处理中是十分必要的。

层状双氢氧化物(LDHs)具有独特的层状结构，热稳定性高，耐酸碱，比表面积大且组成和结构可调控，在水处理领域具有很大的应用前景。中国发明专利CN108855099A公开了一种高效的三维层状双金属氢氧化物/石墨烯复合光催化剂，将氧化石墨置于溶剂中分散均匀；滴加镍、铝、铁的混合盐溶液，搅拌；加入尿素，搅拌，进行反应；在可见光下降解环丙沙星，降解率达到93％以上。该专利是以石墨烯作为LDH纳米片的载体,利用石墨烯的负载抑制了LDH纳米片的团聚，同时促进了LDH中光生电子-空穴对的分离，以此提高光催化活性。然而维持高效率的光催化剂的负载技术是很难的，而且负载会导致催化剂的比表面积减少。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供了一种合成工艺简单、效率高且能在可见光下使用的四元双氢氧化物光催化剂，及其在阿莫西林废水处理中的应用。本发明在构造LDHs时引入钛源，赋予其光催化能力；引入第Ⅱ类金属提高光催化活性的同时拓宽响应光谱。与传统的光催化材料相比，四元双氢氧化物光催化剂具有更高的光催化效率和使用水质范围。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种四元双氢氧化物光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)向含有四种金属离子的盐溶液中加入碱溶液，控制混合液的pH值在7～10(优选9)；混合液在60～100℃下进行水热反应，结晶时间15～20小时；结晶结束后，冷却，抽滤，烘干，研磨，得到前体，备用；