[发明专利]MgZnCr-TiO2类水滑石可见光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种MgZnCr‑TiO₂类水滑石可见光催化剂及其制备方法和应用，该MgZnCr‑TiO₂类水滑石可见光催化剂包括碳酸型镁锌铬类水滑石和二氧化钛，二氧化钛负载在碳酸型镁锌铬类水滑石上。其制备方法为：以镁、锌和铬(Ⅲ)的盐酸盐以及氢氧化钠、无水碳酸钠和二氧化钛为原料，进行共沉淀反应，然后进行水热晶化处理。本发明的MgZnCr‑TiO₂类水滑石可见光催化剂具有比表面积大、吸附量大、对可见光吸收好等优点，能够广泛用于光催化降解染料废水，具有很好的吸附能力和光催化降解能力，能够彻底去除污染物，且重复利用性较好。

技术领域

本发明涉及一种可见光催化剂，具体涉及一种MgZnCr-TiO₂类水滑石可见光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着人类文明和科学技术的不断发展，人类世界从简单的黑白世界步入到了色彩缤纷的彩色世界，这都归功于合成染料的出现。但合成染料在给人类世界带来五彩的同时也给人类生存的环境造成了巨大破坏，尤其是偶氮类直染染料，由于其染色过程不需要媒染剂，导致染料极易流失，从而进入水体；由于其耐酸、耐碱及难生物降解，使其在自然界中会长时间停留；由于其具有颜色，会影响阳光透过水层从而影响水生植物光合作用；另外，有些染料还具有生物毒性。鉴于其上述性质，染料废水的处理一直是工业难题，一般染料废水用吸附法和高级氧化法来处理，但由于吸附处理只是将污染物从液相转移到固相，其仍然有相当大的污染风险且吸附后的吸附剂再生比较困难，这也提高了废水的处理成本；高级氧化技术需要大量的氧化剂，造成处理成本较高，企业难以承受。近几年，光催化降解污染物逐渐进入科研人员的视野，光催化作为一种污染物治理技术有着经济、环保的优点。

锐钛矿相的纳米TiO₂在紫外光照射下具良好的光催化性能，但到达地面的太阳光中紫外光含量极少，这使得TiO₂在实际的应用中受到了一定的限制。因此，大量的改性TiO₂光催化剂被研制以提高其在可见光下的催化效率。近年来，对TiO₂的改性包括金属掺杂(铁、铜等)、非金属(氮、硫等)掺杂等；另外，研究者也在不断研究开发新的光催化剂，常见的有铋系 (BiVO₄、Bi₂O₃等)、锌系(ZnO₂、Cu-Zn等)及其他复合催化剂。

类水滑石化合物(HTLCs)又称层状双金属氧化物，其通用的公式为：其中M²⁺是二价金属离子，M³⁺为三价金属离子，A为阴离子，n为所带结晶水的个数。由于组成金属种类及层间阴离子不同，使得类水滑石的种类非常多，不同的类水滑石具有不同的功能，有些类水滑石就具有光催化性能，因此通过调控水滑石的组成可以制备出不同功能的材料。

目前合成的类水滑石主要用作吸附剂，而吸附仅仅是一种物理处理方法，不能彻底去除污染物；另有少量类水滑石虽用作催化剂，但是其催化发生在紫外光条件下，对可见光的利用率低，这提高了处理费用，不便于实际应用；此外，有些水滑石的合成条件苛刻(高温高压)，这也不利用实际应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种比表面积大、吸附量大且对可见光吸收好的MgZnCr-TiO₂类水滑石可见光催化剂，还提供了一种成本低廉、无需特殊设备、操作简单方便、制备过程绿色环保、便于大规模生产的MgZnCr-TiO₂类水滑石可见光催化剂的制备方法和该催化剂在光催化降解染料废水中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：