磷钼酸插层3D-LDHs光Fenton催化剂的制备方法技术

磷钼酸插层3D

【技术实现步骤摘要】
磷钼酸插层3D
‑
LDHs光Fenton催化剂的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种光催化剂的制备方法，具体涉及一种三维层状双金属氢氧化物/磷钼酸复合光Fenton催化剂的制备。本专利技术属于环境材料制备


技术介绍

[0002]Fenton氧化技术作为一种废水治理技术的化学方法，与物理法和生物法相比，其优点是在Fenton氧化过程中，生成
·
OH等强氧化能力自由基，使有机污染物化学键断裂，最终矿化为CO2、H2O等无机小分子物质，符合废水“零排放”的环保要求。然而，传统Fenton技术在实际操作中存在一定技术短板和限制，为突破传统Fenton技术瓶颈，“类Fenton”技术应运而生。光Fenton反应由于Fe
2+
和太阳光对H2O2的催化分解存在协同效应，显著提升污染物的去除率，并且克服了传统Fenton反应pH条件苛刻和H2O2利用量大等缺点而被广受关注。近些年CdS、SnO2、MnO
x
、MOFs、TiO2、POMs等材料已作为光Fenton催化剂去除各类污染物，但上述催化剂存在着尺寸可控性差、光能利用率低、可见光响应弱、稳定性差等弊端。这些问题都极大限制了已有光Fenton催化剂的应用范围，因此，构建出活性高、稳定性强、使用范围广的光Fenton催化剂体系是当前迫切需要解决的问题。
[0003]层状双金属氢氧化物(LDHs)由于具有较大的比表面积、较高的离子交换容量、优良的热稳定性和生物相容性、低毒环境友好性、制备成本低等特点，被认为是有巨大发展前景的光催化材料。然而，单层LDHs具有较差的电荷迁移率和较高的表面电荷密度，这容易导致光生电子
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空穴对的快速重组和纳米片的团聚，从而阻碍其光催化活性，限制了其实际应用。
[0004]多金属氧酸盐(POMs)应用于废水中光催化降解有机和无机污染物(染料、苯酚、氯乙酸、有机氯农药、铬、汞、铅等)的效果已得到证实。然而，POMs在极性溶剂中易溶解导致稳定性差，不易回收利用；禁带宽度大，导致对可见光利用率低等缺点限制了其实际应用。
[0005]LDHs层板富含羟基，因此其在水中有很好的分散性。多酸是一类具有优异催化活性的材料，但是稳定性相对较差，而LDHs是一类优良的载体，因此制备多酸插层LDHs复合材料己经成为现在研究的一个热点。目前传统的合成多酸插层LDHs的方法有离子交换法、共沉淀法、焙烧复原法等，这些方法在制备过程中通常需要调节溶液的pH值，因为LDHs在酸性条件下层板的金属阳离子会部分溶解从而产生杂质，多酸只能在一定的pH值范围内稳定存在。此外，酸性或碱性太强都会使多酸发生水解，降低材料的催化活性和稳定性。因此，制备过程中调节溶液的pH值至关重要。为了实现电荷密度平衡及LDHs层板与多酸尺寸大小的匹配，通常负电荷小于4的多酸是无法插层到LDHs层板间。综上所述，多酸插层LDHs复合材料制备方法的改进是目前急需解决的一个难题。
[0006]利用三(羟基甲基)氨基甲烷(Tris)添加剂对LDHs层板进行共价修饰，减弱了主体层板与层间阴离子的相互作用，降低LDHs层板晶格能且使其柔性增强，提高了LDHs层间阴离子交换能力，便于多酸插层。利用离子交换的方法，成功制备了多酸插层3D
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LDHs复合光Fenton催化剂，该方法操作简便，无杂质相生成。
[0007]印染工艺是纺织加工过程中提高产品品质、功能和价值的重要环节，但同时也是高能耗、高水耗、产生污染最严重的中间链节，其废水排放量约占纺织工业废水排放总量的80％以上。我国印染总量全球第一，根据2015年生态环保部《环境统计年报》数据显示，我国纺织行业废水排放量高达18.4亿吨，已跃居全国工业废水排放总量第三位，在工业行业中占比10.1％。印染废水水质变化大，水中难降解有机物、总氮总量大，其中偶氮染料及其降解产物芳香胺类物质还具有潜在的致癌、致畸、致突变等生物毒性，给终端水务企业的深度处理带来极大挑战。偶氮染料是分子中含有一个或多个偶氮基(
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N＝N
‑
)发色基团的芳香类化合物，是应用最广泛的一类合成染料，化学性质稳定。偶氮染料及其降解产物芳香胺类物质具有潜在的致癌、致畸、致突变等生物毒性；偶氮染料排入受纳水体引起的色度增加会降低透光率，进而影响水生动植物生长。此外，氯化钠等无机盐在印染工艺中作为助染剂大量使用，贡献了偶氮染料废水总溶解固体物(TDS)，增加了废水处理难度，降低了印染废水回用率因此，印染行业被《水污染防治行动计划》(“水十条”)列为专项整治十大重点行业之一，其水污染治理的成效直接关系到“生态文明”整体目标的实现。综合考虑环境、经济、政策因素，印染废水深度处理、实现废水达标排放及资源化再利用，对缓解水资源短缺、解决纺织印染行业污染问题、实现纺织经济绿色可持续发展具有重大的生态意义、经济意义和社会意义。
[0008]多氯萘(PCNs)是一类基于萘环上的氢原子被氯原子取代所形成的化合物，理论上可以产生75种同系物，分子式为C10H8
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nCln(n＝1
‑
8)。多氯萘普遍存在于空气、湖泊、河流、雪、土壤、沉积物和生物体中，甚至在北极地区也监测到其存在。由于多氯萘在环境中比较稳定，并且易于通过食物链进行生物富集和生物放大，因此它们会对生物体和环境造成不利影响。如今，多氯萘对环境的污染以及对人体的类二噁英毒性等问题逐渐引起人们的重视。2015年二氯萘(di
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CNs)
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八氯萘(octa
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CNs)等73种同系物已经被列入“关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约”，禁止生产、使用和排放，这标志着世界各地加大监测和控制多氯萘生产、使用和排放的力度。
[0009]2014年北京化工大学宋宇飞课题组首次提出三(羟基甲基)氨基甲烷(Tris)共价修饰后的MgAl
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CO3‑
LDHs，层板晶格能降低且柔性增强，利于提高LDHs层间阴离子的交换能力，实现Na3[PW
12
O
40
]·
15H2O阴离子的成功插层，制备Tris
‑
LDH
‑
PW
12
。然而，上述LDHs/POMs复合催化剂对于部分污染物降解矿化仍不完全。
[0010]专利号为CN201210310497.8的专利《过渡金属氧酸盐插层层状双金属氢氧化物的制备方法及应用》。制备的LDH
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POM作为氧化水中难降解有机物硝基苯的活性催化剂，但该专利技术制备条件苛刻，需要在氮气气氛的保护下进行，并且实验所用的去离子水需要脱除CO2。
[0011]专利号为CN201810802983.9的专利《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的制备方法及其光催化剂》。制备的三维NiAl
0.85
Fe
0.15
LDH/RG本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.磷钼酸插层3D
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LDHs光Fenton催化剂的制备方法，其特征在于磷钼酸插层3D
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LDHs光Fenton催化剂的制备方法按照以下步骤进行：一、将12
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18mmol Co(NO3)2·
6H2O或Ni(NO3)2·
6H2O、6mmol Fe(NO3)3·
9H2O、42mmol尿素、0.2g NH4F和0.2mol Tris溶液，在室温下溶解在60mL有机溶剂中并搅拌2小时，然后将溶液转移到100mL高压釜中，并将高压釜密封在120
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150℃保持10
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14小时，使用膜滤器通过真空过滤分离得到凝胶，将凝胶再分散在100mL浓度为0.5mol/L的Na2CO3溶液中搅拌1小时，用去离子水洗涤两次并在80
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120℃的烘箱中干燥10h，即得样品；二、取步骤一中制得的样品按照2mg/mL的浓度分散在浓度为0.02
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0.08mol/L的PMo
10
溶液中，然后在室温下搅拌2小时，过滤沉淀物，依次用水和丙酮洗涤，并在烘箱中60℃干燥10h，即得磷钼酸插层二元3D
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LDHs光Fenton催化剂。2.根据权利要求1所述磷钼酸插层3D
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LDHs光Fenton催化剂的制备方法，其特征在步骤一中所述的有机溶剂为无水甲醇、无水乙醇或乙二醇。3.根据权利要求1所述磷钼酸插层3D
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LDHs光Fenton催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中将高压釜密封在150℃下保持10小时。4.根据权利要求1所述磷钼酸插层3D
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LDHs光Fenton催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中所述膜滤器平均孔径为0...

【专利技术属性】
技术研发人员：包思琪，周宇婷，虞小同，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：