[發明專利]磁性水滑石/溴氧化鉍復合物的制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910732407.6
• 申請日: 2019-08-09
• 公開（公告）號: CN110449171B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 李靜;閆良國;閆濤;孫蒙;李旭光
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: B01J27/06
• 分類號: B01J27/06;C02F1/30;C02F1/70;C02F101/22
• 代理公司: 武漢卓越志誠知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42266
• 代理人: 胡婷婷

本發明提供了一種磁性水滑石/溴氧化鉍復合物的制備方法和應用，屬于無機光催化領域。該復合物包括磁性水滑石和溴氧化鉍，其制備方法為：采用共沉淀法合成水滑石，采用溶劑熱法合成磁性水滑石，最后利用溶劑熱和焙燒法合成磁性水滑石/溴氧化鉍復合物。本發明的磁性水滑石/溴氧化鉍復合物克服了溴氧化鉍和磁性鋅鋁水滑石的缺陷，具有更快的電子空穴分離效率和轉移速度，減少電子空穴對的復合，提高了可見光對Cr(VI)的催化還原活性，具備成本低、制備方便、易于分離等優點，能夠廣泛應用于光催化還原廢水中重金屬鉻，催化效果可達98％，同時具有磁分離效果以及良好的穩定性和重復利用性，在實際廢水處理中也具有良好的催化還原活性。

技術領域

本發明涉及無機光催化領域，具體為磁性水滑石/溴氧化鉍復合物的制備方法和應用。

背景技術

由于鉻的致癌性、誘變性和致畸性，Cr(VI)被定于為優先污染物。越來越多的人開始關注治理鉻的技術，在工業生產過程中，Cr(VI)的產生來源廣泛，如皮革制造、電鍍、木材防腐劑、染料、油漆和紙張等都會產生 Cr(VI)。

到目前為止，許多傳統技術已應用于去除工業廢水中的Cr(VI)，例如，膜技術(如反滲透和超濾)、電凝聚、離子交換、吸附、光催化降解和生物處理。與其他技術相比，光催化技術具有能耗低、避免二次污染、無毒等優點。特別是光催化技術可以實現Cr(VI)的一步光還原，已被證明是一種有效的策略。在光催化過程中，高毒性的Cr(VI)可以被還原為危害性較小的Cr(III)。然而，大多數的催化技術主要以紫外光作為光源，紫外光只占太陽光譜的3-5％，同時紫外光對人體有害。因此，設計高效的可見光驅動的光催化劑以最大限度地利用太陽能已經成為研究的熱點。

近年來，氧化鉍(BiOX，X＝I、Br、Cl)以其獨特的三元片層結構、高穩定性和優異的光電性能引起了人們極大的研究興趣。由于適宜的帶隙能 (2.7eV)和較寬的可見光吸收邊，BiOBr被廣泛用于分解各種環境污染物，包括重金屬和有機污染物。但是由于BiOBr電子空穴對較難分離、復合速率高等缺點，阻礙了其在實際中的應用。因此需要對BiOBr進行改性，克服其自身缺點，增強光催化活性。

近20年來，直接制備或熱處理后的水滑石(LDHs)已成為一種很有前途的多相催化劑。水滑石作為催化劑、催化劑前驅體和催化劑載體被廣泛應用于各種反應，如CO₂還原、有機污染物光降解、Cr(VI)還原等。此外， LDHs可作為制備混合金屬氧化物材料(MMOs)的前驅體。MMOs具有比表面積大、基本性能好、金屬離子組分分散均勻且熱穩定性好、元素間協同作用強、在溫和條件下結構重構的可能性大等特點，這些都是催化劑非常重要的屬性。因此，LDHs及其衍生物在Cr(VI)光催化還原方面，是很有前途的催化劑和催化劑載體。

Fe₃O₄是應用最廣泛的磁性材料之一，具有良好的超順磁性。含Fe₃O₄的磁性催化劑可以簡化廢水后處理，在外加磁場作用下具有易固液分離的特點。此外，由于Fe₃O₄具有良好的光穩定性、生物相容性、成本低等優點，Fe₃O₄被認為是催化領域潛在的催化劑增效劑。

申請號為CN201811354137.1的專利申請，公開了一種磁性水滑石負載二氧化鈦復合材料的制備方法和應用，通過以鋅和鋁的硝酸鹽以及氫氧化鈉、無水碳酸鈉、四氧化三鐵和二氧化鈦為原料，先進行共沉淀反應，然后進行水熱晶化處理，獲得的復合材料包括磁性鋅鋁水滑石和二氧化鈦，二氧化鈦負載在磁性鋅鋁水滑石上，具有比表面積大、吸附量大、對紫外光吸收好等優點，是一種通過吸附和光催化協同的方法去除水中有毒Cr(VI) 的納米復合材料，然而該技術中存在以下問題：以紫外光作為光源，成本高且紫外光對人體有害，其次，對濃度超過50mg/L的Cr(VI)溶液去除率僅為63.46％，且催化所需時間長，再次，重復利用效率較低，導致催化劑應用成本升高，最后，該催化劑沒有進行實際廢水處理，不具有廣泛的實際應用價值。