[发明专利]二氧化钛/层状双氢氧化物非碳基复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了二氧化钛/层状双氢氧化物非碳基复合材料及其制备方法和应用。本发明采用尿素水解水热法制备二氧化钛/层状双氢氧化物非碳基复合材料，将TiO2颗粒负载在镁铝‑层状双氢氧化物MgAl‑LDH上，保留了LDH原始的层状结构，用于吸附及光助再生循环去除水中两种代表性的有机污染物：甲基橙和亚甲基蓝，对甲基橙的吸附量为527.5 mg/g，在4轮循环再生后仍具有88.6%的再生率；对亚甲基蓝的吸附量为208.3 mg/g，在4轮循环再生后仍具有94.7%的再生率。本发明所得的复合材料对有机染料具有较高的吸附容量和高效的光助再生能力，成本低廉，过程简单，且制得的复合材料绿色清洁，可用于环保、化工等领域。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，尤其涉及二氧化钛/层状双氢氧化物TiO₂/LDH非碳基复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

吸附法作为一种传统的水处理方法，已被广泛应用于各种水污染处理工艺中，但是吸附剂的再生难题一直是限制该方法进一步发展的技术瓶颈。一般情况下，吸附剂的再生主要通过高温挥发和酸性脱附，往往再生效率不高，且容易造成能源浪费和二次污染。因此，开发一种吸附和光催化双功能的复合材料，可同时实现污染物的去除及吸附剂的再生，是值得探索的研究方向。其可以在不添加任何有毒有害化学物质的情况下，仅利用光源甚至是太阳光的情况下氧化降解（矿化）水中有机污染物。

在之前的研究报道中，多将碳基吸附剂（活性炭、多壁碳纳米管等）和常见光催化剂（TiO2、ZnO等）组合，来实现水中污染物的吸附及光催化去除。然而，碳基材料作为光催化剂的基底，在光催化降解过程中由于活性氧的攻击会发生自身的逐渐氧化，间接造成了吸附能力的降低和光催化剂的脱落。因此，选择一种抗氧化，同时兼具高吸附容量和快速吸附动力学的吸附剂作为基底，是实现吸附和光催化双功能复合材料开发的关键。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供二氧化钛/层状双氢氧化物TiO2/LDH非碳基复合材料及其制备方法和应用，既对有机染料具有较高的吸附容量，而且由于材料的抗氧化能力和透光性可以避免光催化过程中材料受活性氧攻击和基底的光吸收导致光量子效率的下降，具有高效的光助再生能力。

本发明公开的二氧化钛/层状双氢氧化物非碳基复合材料，其特征在于以镁铝-层状双氢氧化物MgAl-LDH为基底，以TiO₂颗粒为负载剂，TiO₂颗粒负载在镁铝-层状双氢氧化物MgAl-LDH基底上，形成TiO2/LDH非碳基复合材料。

本发明还公开了所述二氧化钛/层状双氢氧化物非碳基复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1）在室温下，将Mg(NO₃)₂·6H₂O、Al(NO₃)₃·9H₂O和碳酰胺加入去离子水中，搅拌溶解得到透明溶液；

2）在步骤1）得到的透明溶液中加入TiO₂超声分散得到混合液，再将所得的混合液置于聚四氟乙烯高压反应釜中，于140℃烘箱中进行尿素水解水热反应20-30 h，依次用乙醇和水洗数次，烘干得到TiO2/LDH粉末，即为二氧化钛/层状双氢氧化物非碳基复合材料，CO₃^2-作为LDH的夹层阴离子。

进一步地，TiO₂在LDH吸附剂上的负载质量为2.25%~2.35%，优选为2.29%，理论负载质量为2.59%，本发明实际负载量与理论量相差不大。

进一步地，Mg(NO₃)₂·6H₂O、Al(NO₃)₃·9H₂O及碳酰胺的投料质量比为1：0.7-0.75：1.05-1.1，优选为1:0.73:1.09。