[发明专利]一种Z型光催化剂MgAlLDH/CN-H的制备方法及应用

说明书

本发明属于光催化材料领域，具体涉及一种Z型光催化剂MgAl LDH/CN‑H的制备方法及应用。制备方法包括：首先制备g‑C₃N₄，对其酸化改性后制得CN‑H；其次以硝酸镁、硝酸铝、柠檬酸、尿素为原料，在醇水混合体系中水热反应制备MgAl LDH；最后通过带正电荷的MgAl LDH和带负电荷的CN‑H之间的静电引力作用组装形成Z型光催化剂MgAl LDH/CN‑H。制得的光催化剂在模拟太阳光照射下表现出优异的光催化性能，对盐酸四环素的降解率可达99％以上，其降解速率比单独的g‑C₃N₄光催化剂提高了23倍，比单独的MgAl LDH光催化剂提高了7.5倍，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于光催化材料制备技术领域，具体涉及Z型光催化剂MgAl LDH/CN-H的制备方法及应用。

背景技术

随着我国居民医疗水平的整体提升，药品特别是抗生素类的大量使用，我国的水环境中残留了众多的抗生素类污染物。对抗生素的去除成为亟待解决的问题，但是抗生素废水具有浓度高、色度大、毒性大和可生化性差等特点，如果采用传统的物理、化学等处理方法，具有能耗高、成本大，易造成二次污染等诸多不足，同时传统化学处理工艺和常规处理工艺都难以将其完全降解直至矿化。而光催化是处理抗生素最有前景的技术之一，它可以利用太阳能，将绝大多数水体和空气中的有害物质降解为水、二氧化碳等无机小分子，同时能分解水制氢，具有高效节能、清洁无毒、无二次污染和工艺简单等优点，能与其他工艺相结合，发挥多种技术优势。

氮化碳(g-C₃N₄)被认为是一种有前景的非金属半导体材料，具有优良的电子结构，高化学稳定性和2.6-2.8eV的适当带隙，可应用于有机污染物的降解。然而，单独的g-C₃N₄仍然存在一些缺陷，例如表面积非常小，可见光吸收能力不足以及光生载流子的分离率低，限制了它的光催化活性。

层状双氢氧化物(LDHs)是具有类水滑石结构和高催化活性的化合物，其特征在于层间阴离子交换性，体层阳离子具有多样性。基于以上优点，LDH近期在光催化领域内受到了广泛关注，但是，单独的LDH光吸收范围窄，光生电子-空穴复合率高，限制了其光催化性能；MgAl LDH是一种宽带隙半导体材料(E_CBM＝-0.61eV，E_VBM＝2.59eV)其光吸收范围在紫外光区，对整个紫外-可见光区的利用率不高。

发明内容

本发明的目的在于克服单独的g-C₃N₄和MgAl LDH光催化剂光生电子-空穴分离率低，光催化降解率低等技术缺陷，提供一种高光催化活性和高稳定性的Z型光催化剂MgAlLDH/CN-H。

将带有正电荷的MgAl LDH与酸化后的带有负电荷的氮化碳(CN-H)通过静电引力复合，制备了一种具有优良的可见光响应Z型光催化剂MgAl LDH/CN-H，该催化剂提高了催化剂的比较面积和光生载流子分离率，在高效光催化降解水体中的抗生素污染物中表现出较好的应用前景。

本发明Z型光催化剂MgAl LDH/CN-H的制备方法，具体按以下步骤进行：

(1)制备CN-H材料

将三聚氰胺置于带盖的坩埚中，在马弗炉中以2℃/min的升温速率加热至500℃，保持2小时，然后再升温至520℃加热2小时。冷却至室温后，收集黄色产物，研磨成粉末，制得g-C₃N₄(标记为CN)。将1g g-C₃N₄分散在200ml一定浓度的HNO₃溶液中，并在一定温度下回流一段时间，冷却至室温后离心洗涤数次(3-5次)，并在80℃下干燥过夜，研磨后获得样品粉末，将酸化后的g-C₃N₄样品标记为CN-H。