[发明专利]一种石墨烯/ZnAlTi类水滑石复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于环境水处理领域，公开了一种石墨烯/ZnAlTi类水滑石复合材料及其制备方法和应用。本发明把LDHs(层状双氢氧化物)作为催化剂载体，在其层间负载Zn、Al、Ti三种具有光催化性能的元素，并加以石墨烯加强其光催化效率，制得具光催化功能的半导体材料，用以降解水中的Cr(Ⅵ)和抗生素，开创石墨烯‑LDHs复合材料在低功率LED灯环境下处理污水领域的应用先河。

技术领域

本发明属于环境水处理领域，特别涉及一种石墨烯/ZnAlTi类水滑石复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

我国目前重金属污染依然十分严峻，就如六价铬、抗生素的污染。六价铬为吞入性毒物/吸入性极毒物，皮肤接触可能导致敏感；且具有基因毒性，很可能造成遗传性基因缺陷；吸入可能致癌，对环境有持久危险性。但这些是六价铬的特性，铬金属、三价或四价铬并不具有如此高的毒性。珠三角地区的抗生素水污染情况已经十分严峻，珠江流域的抗生素浓度已是严重超标，而水域抗生素浓度超标可能会导致生物对抗生素的耐药性的增加，从而使抗生素失去药效，增加疾病的变异的机率。目前我国主要处理六价铬的处理方法主要是：药剂还原沉淀法、SO₂还原法、铁屑铁粉处理法、吸附法等。使用还原沉淀法处理六价铬时，投药比越大会导致废水的出水COD上升超标，需要额外的工序来处理，使得处理成本增加，而且投加的药品不能重复使用；使用SO₂还原法步骤繁杂，药品用量多，成本高；物理去除法如离子交换法、膜处理法则是运行成本高，操作管理要求高。废水中抗生素的现有的主要处理手段主要是：吸附法、电化学处理法、高级氧化法等。但吸附法主要存在问题是吸附剂物理化学稳定性差、再生困难；膜分离法的膜使用寿命短，限制广泛应用；电化学处理法效率低，不经济。

目前，光催化去除降解污染物多需要使用紫外光、模拟太阳光的可见光(通常是300W的氚灯)，而使用这种光源的较大的挑战一是受限于自然时间，二是夜间运行或者阴天运行需要大功率光源，耗能高。

发明内容

为了解决现有技术的缺点和不足之处，本发明首要目的为提供一种石墨烯/ZnAlTi类水滑石复合材料。

本发明的另一目的在于提供上述石墨烯/ZnAlTi类水滑石复合材料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述石墨烯/ZnAlTi类水滑石复合材料的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种石墨烯/ZnAlTi类水滑石复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取ZnCl₂和AlCl₃·6H₂O混合并加水溶解，然后加入TiCl₄的HCl溶液得到混盐溶液，其中，TiCl₄的HCl溶液由TiCl₄与等体积的浓HCl混合加水溶解得到；

(2)取氧化石墨烯(Graphene oxide，GO)，加入水并进行超声处理，得到氧化石墨烯水悬液；

(3)在超声条件下，将步骤(2)制得的氧化石墨烯水悬液逐滴加入到步骤(1)制得的混盐溶液中，再加入CO(NH₂)₂的水溶液，得到反应液并进行加热回流处理；

(4)将步骤(3)中加热回流处理后的产物用水清洗并离心，重复清洗离心直至清洗液为中性，再冷冻干燥后研磨过筛，得到石墨烯/ZnAlTi类水滑石复合材料前体，将石墨烯/ZnAlTi类水滑石复合材料前体在还原气氛下煅烧，即制得所述的石墨烯/ZnAlTi类水滑石复合材料。

优选的，步骤(1)所述混盐溶液中Zn：Al：Ti的摩尔比为2～11：1：2。

优选的，步骤(3)所述反应液中氧化石墨烯：CO(NH₂)₂的质量比为1～5:3484。