一种二维多金属氧酸盐纳米材料的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种二维多金属氧酸盐纳米材料的应用，该二维多金属氧酸盐纳米材料应用于光催化降解有机染料；二维多金属氧酸盐纳米材料具有片层结构；片层结构由多金属氧酸盐团簇以六边形排列构成。通过本发明专利技术可以快速、高效实现染料的降解，且使用的二维多金属氧酸盐纳米材料有优异的循环稳定性，大大节约了染料降解的生产成本。降解的生产成本。降解的生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种二维多金属氧酸盐纳米材料的应用


[0001]本专利技术涉及了一种二维多金属氧酸盐纳米材料的应用，特别涉及一种二维多金属氧酸盐纳米材料在光催化降解染料的应用，属于染料处理


技术介绍

[0002]如今，随着社会经济的快速发展，环境污染日益加剧。在废水、土壤、空气甚至生物基质等各种环境基质中检测到一系列难降解的污染物，比如卤代酚、抗生素、染料和重金属等。在这种背景下，已经发展了许多技术来消除环境污染物，分为物理方法、化学方法、生物方法等。物理方法包括吸附和絮凝，操作简单，但是效率低。化学方法包括使用含氯化合物或氧化物来彻底净化污染物，但在使用化学试剂时不可避免产生二次污染物和有毒的副产物。生物催化则需要较高的成本以提高酶的纯度、稳定性和活性。
[0003]近年来，太阳能驱动的光催化技术被认为是一种先进的氧化工艺和环保策略，可有效、持续地去除各种环境污染物。然而，目前报道的大多数光催化剂远远不能满足实际应用的要求。这些光催化剂仍然存在一些问题，如仅适用于在特定条件下有效去除单一污染物、光生载流子的快速复合和稳定性较差和内部光生电子/空穴的复合情况严重、催化性能不高等。因此，设计一种低成本、高效率、光化学性能稳定的光催化剂并使其能使有机染料高效降解势在必行。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是提供一种二维多金属氧酸盐纳米材料在光催化降解有机染料的应用，实现快速、高效的降解有机染料，具有操作简单、反应条件温和等特点。同时本专利技术使用的二维多金属氧酸盐纳米材料中金属离子丰富，具有良好的电子储存能力，且结构稳定，不易被氧化，有优异的循环稳定性和催化活性，大大节约了染料降解的生产成本。
[0005]为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种二维多金属氧酸盐纳米材料的应用，将其应用于光催化降解有机染料；所述二维多金属氧酸盐纳米材料具有片层结构；所述片层结构由多金属氧酸盐团簇以六边形排列构成。
[0006]本专利技术充分利用了二维多金属氧酸盐纳米材料中含有大量的多金属氧酸盐团簇，其金属离子丰富，具有良好的电子储存能力，且具有高的化学亲和性。本专利技术中的多金属氧酸盐中由于存在钕原子和钨原子，其中钕原子取代了keggin型磷钨酸的钨原子并与表面氧原子形成四个配位键，并通过与相邻的两个多金属氧酸盐团簇进行连接，形成锯齿线性排列，具有类六边形层状结构。而这种高度有序排列的结构，使得二维多金属氧酸盐纳米材料的电子共享发生在多个团簇之间，形成具有层间的电子离域的“超级分子”，产生相应的协同效应。本专利技术使用的二维形貌的多金属氧酸盐可以用于光催化的机理在于：所制备的二维多金属氧酸盐纳米材料具有较适的带隙(2.88eV)，当材料处于可见光的照射时，材料的价带上的光生电子将跃迁到导带，在价带上留下相应的空穴，形成电子
‑
空穴对，并且由于
本专利技术材料特殊的六边形排列方式，大大加强了电子
‑
空穴对产生的共享作用，再加上材料分散在有机染料溶液中，在这个过程中会生成大量的羟基自由基和超氧离子自由基，这些自由基具有极强的氧化性可以快速高效的氧化有机染料，促进有机染料的降解。此外，二维形貌的多金属氧酸盐簇合物具有高比表面积的性质，这同时也促进了其Keggin单元的稳定性，提供了更多的活性位点，从而可以进一步提高多金属氧酸盐簇合物的催化性能。
[0007]作为一种优选的方案，所述片层结构的厚度为1.5～5nm。
[0008]作为一种优选的方案，所述二维多金属氧酸盐纳米材料应用于光催化降解有机染料是将二维多金属氧酸盐纳米材料与含有机染料的溶液混合后调节溶液pH为弱酸性至中性，进行光催化降解反应。
[0009]作为一种优选的方案，所述有机染料为亚甲基蓝、结晶紫和罗丹明B中至少一种。
[0010]作为一种优选的方案，所述二维多金属氧酸盐纳米材料与有机染料的固液比为10～15mg：100mL。在光照条件下，二维多金属氧酸盐纳米材料的用量过低时，催化速率过低，无法使染料降解完全；而随着二维多金属氧酸盐纳米材料用量的增加时，由于催化剂粉末的团聚和光散射效应，活性位点数量减少，导致对染料的降解效率降低，使得催化降解染料的活性出现先增大后减小的趋势。
[0011]作为一种优选的方案，所述染料的浓度为10～50mg/L。染料的浓度也会影响催化降解的速率，原因在于过高的初始浓度使光子进入染料溶液的路径变短，光穿透减少，能够迁移到催化剂表面的光子减少；并且吸附在催化剂表面的染料分子增多，阻碍了其与活性氧的有效接触。本专利技术制备的二维多金属氧酸盐纳米材料在10～50mg/L的范围内均有良好的降解能力，进一步优选染料的浓度为10～30mg/L。
[0012]作为一种优选的方案，所述溶液pH控制为4.5～7.5。本专利技术采用NaOH和HCl对溶液进行酸碱性的调节。当溶液体系为弱酸性环境时，二维多金属氧酸盐纳米材料的催化活性越高，但是过酸的环境会破坏有机染料的结构，因此，进一步优选溶液pH控制为4.5～5.5。
[0013]作为一种优选的方案，所述光催化降解反应的条件为：采用氙灯光源，温度为20～30℃。
[0014]作为一种优选的方案，所述混合的时间为40～60min。
[0015]作为一种优选的方案，所述二维多金属氧酸盐纳米材料的制备方法为：将包含铵阳离子的溶液滴加到含磷酸钨和钕盐的混合溶液中混合，再依次进行超声和离心，即得。
[0016]作为一种优选的方案，所述钕盐为硝酸钕及硝酸钕的水合物。
[0017]作为一种优选的方案，所述磷钨酸和钕盐的摩尔比为1：1～5。钕盐的比例过低时，会导致制备的二维多金属氧酸盐纳米材料过分堆叠，而钕盐的比例过高时，会导致制备的二维多金属氧酸盐纳米材料中的孔洞破裂，形成纳米带结构。
[0018]作为一种优选的方案，所述铵阳离子由十六烷基三甲基溴化铵和/或四丁基溴化铵提供。若烷基链较短的铵阳离子不足以支撑二维多孔结构，会导致孔隙部分坍塌，本专利技术所优选的烷基链较长的铵阳离子可以支撑孔洞，形成片层结构。
[0019]作为一种优选的方案，所述铵阳离子与磷钨酸的摩尔比为2～3：1。
[0020]作为一种优选的方案，所述包含铵阳离子的溶液的浓度为0.2～0.5μmol/L，且采用的溶剂为氯仿。本专利技术采用氯仿可以使得铵阳离子充分溶解并使材料形貌稳定。
[0021]作为一种优选的方案，所述超声的时间为5～20min。通过超声可以促进溶液混合
和反应。
[0022]相对现有技术，本专利技术技术方案带来的有益技术效果：
[0023]1)本专利技术提供的一种二维多金属氧酸盐纳米材料的催化剂结构易于调控，具有良好的电子传输能力和优异的热/化学稳定性，同时具有六边形孔状的片层结构，因而具有大的比表面积，且结构稳定，不易被氧化，有优秀的循环稳定性和催化活性，大大节约了染料降解的生产成本。
[0024]2)本专利技术提供的一种二维多金属氧酸盐纳米材料在光催化降解染料分解中的方法，该方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维多金属氧酸盐纳米材料的应用，其特征在于：所述二维多金属氧酸盐纳米材料应用于光催化降解有机染料；所述二维多金属氧酸盐纳米材料具有片层结构；所述片层结构由多金属氧酸盐团簇以六边形排列构成。2.根据权利要求1所述的一种二维多金属氧酸盐纳米材料的应用，其特征在于：所述片层结构的厚度为1.5～5nm。3.根据权利要求1或2所述的一种二维多金属氧酸盐纳米材料的应用，其特征在于：将二维多金属氧酸盐纳米材料与含有机染料的溶液混合后调节溶液pH为弱酸性至中性，进行光催化降解反应。4.根据权利要求3所述的一种二维多金属氧酸盐纳米材料的应用，其特征在于：所述有机染料为亚甲基蓝、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张也，章馨怡，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：发明
国别省市：