[發明專利]一種Z型光催化劑MgAlLDH/CN-H的制備方法及應用

有效

• 申請號: 201910167126.0
• 申請日: 2019-03-06
• 公開（公告）號: CN109847786B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 薛金娟;王明新;李心瑤;黃承娟;宗玉清
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: B01J27/24
• 分類號: B01J27/24;C02F1/30;C02F101/38
• 代理公司: 常州市英諾創信專利代理事務所(普通合伙) 32258
• 代理人: 謝新萍

本發明屬于光催化材料領域，具體涉及一種Z型光催化劑MgAl LDH/CN?H的制備方法及應用。制備方法包括：首先制備g?C₃N₄，對其酸化改性后制得CN?H；其次以硝酸鎂、硝酸鋁、檸檬酸、尿素為原料，在醇水混合體系中水熱反應制備MgAl LDH；最后通過帶正電荷的MgAl LDH和帶負電荷的CN?H之間的靜電引力作用組裝形成Z型光催化劑MgAl LDH/CN?H。制得的光催化劑在模擬太陽光照射下表現出優異的光催化性能，對鹽酸四環素的降解率可達99％以上，其降解速率比單獨的g?C₃N₄光催化劑提高了23倍，比單獨的MgAl LDH光催化劑提高了7.5倍，具有良好的應用前景。

技術領域

本發明屬于光催化材料制備技術領域，具體涉及Z型光催化劑MgAl LDH/CN-H的制備方法及應用。

背景技術

隨著我國居民醫療水平的整體提升，藥品特別是抗生素類的大量使用，我國的水環境中殘留了眾多的抗生素類污染物。對抗生素的去除成為亟待解決的問題，但是抗生素廢水具有濃度高、色度大、毒性大和可生化性差等特點，如果采用傳統的物理、化學等處理方法，具有能耗高、成本大，易造成二次污染等諸多不足，同時傳統化學處理工藝和常規處理工藝都難以將其完全降解直至礦化。而光催化是處理抗生素最有前景的技術之一，它可以利用太陽能，將絕大多數水體和空氣中的有害物質降解為水、二氧化碳等無機小分子，同時能分解水制氫，具有高效節能、清潔無毒、無二次污染和工藝簡單等優點，能與其他工藝相結合，發揮多種技術優勢。

氮化碳(g-C₃N₄)被認為是一種有前景的非金屬半導體材料，具有優良的電子結構，高化學穩定性和2.6-2.8eV的適當帶隙，可應用于有機污染物的降解。然而，單獨的g-C₃N₄仍然存在一些缺陷，例如表面積非常小，可見光吸收能力不足以及光生載流子的分離率低，限制了它的光催化活性。

層狀雙氫氧化物(LDHs)是具有類水滑石結構和高催化活性的化合物，其特征在于層間陰離子交換性，體層陽離子具有多樣性。基于以上優點，LDH近期在光催化領域內受到了廣泛關注，但是，單獨的LDH光吸收范圍窄，光生電子-空穴復合率高，限制了其光催化性能；MgAl LDH是一種寬帶隙半導體材料(E_CBM＝-0.61eV，E_VBM＝2.59eV)其光吸收范圍在紫外光區，對整個紫外-可見光區的利用率不高。

發明內容

本發明的目的在于克服單獨的g-C₃N₄和MgAl LDH光催化劑光生電子-空穴分離率低，光催化降解率低等技術缺陷，提供一種高光催化活性和高穩定性的Z型光催化劑MgAlLDH/CN-H。

將帶有正電荷的MgAl LDH與酸化后的帶有負電荷的氮化碳(CN-H)通過靜電引力復合，制備了一種具有優良的可見光響應Z型光催化劑MgAl LDH/CN-H，該催化劑提高了催化劑的比較面積和光生載流子分離率，在高效光催化降解水體中的抗生素污染物中表現出較好的應用前景。

本發明Z型光催化劑MgAl LDH/CN-H的制備方法，具體按以下步驟進行：

(1)制備CN-H材料

將三聚氰胺置于帶蓋的坩堝中，在馬弗爐中以2℃/min的升溫速率加熱至500℃，保持2小時，然后再升溫至520℃加熱2小時。冷卻至室溫后，收集黃色產物，研磨成粉末，制得g-C₃N₄(標記為CN)。將1g g-C₃N₄分散在200ml一定濃度的HNO₃溶液中，并在一定溫度下回流一段時間，冷卻至室溫后離心洗滌數次(3-5次)，并在80℃下干燥過夜，研磨后獲得樣品粉末，將酸化后的g-C₃N₄樣品標記為CN-H。