/MgAl-LDH复合光催化剂及其制备方法和应用
【专利说明】一种Ce02/B i 2W06/MgA 1-LDH复合光催化剂及其制备方法和应用
技术领域
[0001]本发明涉及一种应用于污水光催化降解方面的复合光催化剂，具体涉及一种木棉为生物模板的Ce02/Bi2W06/MgAl-LDH复合光催化剂及其制备方法和在光催化降解酸性品红方面的应用。
【背景技术】
[0002]光催化氧化是以N型半导体的能带理论为基础。N型半导体吸收能量大于禁带宽度的光子后，受激进入导带，同时在价带和导带上产生光致空穴。光生电子和空穴具有较强的氧化还原能力，可降解有机污染物。光催化剂的光催化活性主要取决于其能带结构和比表面积。氧化铈是一种较常见的光催化剂，其具有较好的光催化活性和热稳定性。传统的CeO2光催化剂由于其较宽的禁带宽度(Eg=2.94 eV)，只能响应波长小于420 nm的紫外光(约为太阳光的5%)。为了实现太阳能的充分利用，构建具有窄禁带宽度、分级多孔结构、响应可见光的光催化剂具有重要意义。复合不同半导体，利用不同半导体导带和价带能级的差异形成异质结是提高光生电子-空穴对分离效率的有效途径之一。Bi2WO6的禁带宽度为2.7 eV，当Bi2WO6与CeO2半导体复合，在紫外光的照射下，电子从CeO2和Bi2WO6两相的导带上同时被激发，由于CeO2的价带电势比Bi2WO6的更高，空穴会从CeO2向Bi2WO6迀移，而CeO2导带的电子难以迀移，因此电子空穴对得到了有效的分离。双层氢氧化物(LDHs)具有独特的层状结构，层面上富集羟基，且由于存在离子取代，层面带负点，因此可通过静电吸引和离子取代，吸附有机离子团。基于此考虑，本发明利用木棉为模板，制备了Ce02/Bi2W06/MgAl-LDH复合光催化剂，其中MgAl-LDH可有效吸附溶液中的有机离子团,MgAl-LDH周围的Ce02/Bi2W06进而将这些有机离子团光催化降解。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种具有强催化活性的Ce02/Bi2W06/MgAl-LDH复合光催化剂及其制备方法和应用。
[0004]本发明采用以下技术方案:
一种Ce02/Bi2W06/MgAl-LDH复合光催化剂，其特征在于，其以木棉为模板，微观上单根纤维是由CeO2纳米颗粒、Bi2WO6纳米片、MgAl-LDH纳米片组成;所述Bi2WO6和MgAl-LDH均为层片状结构，两者交叠穿插生长。
[0005]—种Ce02/Bi2W06/MgAl_LDH复合光催化剂的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤:
(1)木棉的预处理:取适量木棉与20wt%的NaOH按一定比例混合，室温下静止一段时间，过滤干燥；
(2)以木棉为模板制备CeO2:取适量预处理后的木棉，浸泡到一定浓度的硝酸铈-乙醇溶液中，静置;取出浸渍后的木棉80 °C烘干，最后经马弗炉500 °0煅烧0.5 h，制得CeO2; (3)取一定量的硝酸铝、硫酸镁及尿素混合后溶于60mL的蒸馏水中，加入适量步骤(2)中制得的CeO2,经磁力搅拌20 min后装入100 mL的反应釜，在恒温箱中于160 °C保温16 h，待冷却后过滤洗涤烘干，制得Ce02/MgAl-LDH;
(4)取适量硝酸铋溶解到2.5mL 20wt%的硝酸溶液中，配得溶液A;取适量钨酸钠溶解到20 mL的乙二醇中，配得溶液B;将溶液B倒入溶液A中，磁力搅拌I h后得到均匀溶液，随后用浓度为0.1 mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值至7.5;
(5)在上述溶液中加入由步骤(3)制得的Ce02/MgAl-LDH，磁力搅拌20min后装入100mL的反应釜进行溶剂热反应，待冷却后过滤洗涤烘干即得最终样品。
[0006]所述步骤(I)中木棉与NaOH的质量体积比为1:20，混合后的静止时间为24 h。
[0007]所述步骤(2)中硝酸铈-乙醇溶液的浓度为0.5 mol/L，静置时间为8 h。
[0008]所述步骤(3)中硝酸铝、硫酸镁、尿素的量分别为0.5 mmol ,1.5 mmol、I.5mmol，CeO2的加入量为2 go
[0009]所述步骤(4)中硝酸铋的加入量为5 mmol，钨酸钠的加入量为2.5 mmol。
[0010]所述步骤(5)中溶剂热反应温度为150?190 °C，保温时间为5 h。
[0011]所述的复合光催化剂在处理染料废水中的应用，其特征在于，使用时在氙灯照射下对对酸性品红染料废水进行降解处理，在500 W长弧氙灯照射60 min后，酸性品红的降解率可达91.8%。
[0012]本发明的有益效果是:以天然木棉为模板，利用简单易行的溶剂热方法，设计制备具有合理能级结构、保留木棉纤维形貌的Ce02/Bi2W06/MgAl-LDH复合光催化剂。本发明的方法工艺简单、成本低、易操作、污染小。制备的复合催化剂在氙灯照射下，对有机污染物具有良好的光催化降解活性。本发明在一定程度上丰富了复合光催化剂的制备方法，给光催化剂的设计带来新的理念。
【附图说明】
[0013]图1为本发明实施例1、2、3所制备的Ce02/Bi2W06/MgAl-LDH复合光催化剂在氙灯(500W)照射下对酸性品红的降解曲线。
[0014]图2为本发明中实施例3制备过程中各步骤试样的XRD图谱，(a)为本发明所制得的CeO2的XRD谱图，(b)为本发明所制备试样Ce02/Bi2W06/MgAl_LDH的XRD谱图。
[0015]图3为本发明中实施例3制备过程中各步骤试样的SEM照片，其中(a)为木棉模板，(b)步骤(2)所制备的CeO2的SEM照片，(c)为CeO2的EDS能谱；(d)-(e)为步骤(5)所制备试样Ce02/Bi2W06/MgAl_LDH的高低倍SEM照片；(f)为试样Ce02/Bi2W06/MgAl_LDH的EDS能谱。
[0016]图4为发明中实施例3制备过程中各步骤所得试样的TEM照片:(a)为步骤(2)所得CeO2的TEM照片，(b)为步骤(5 )所得试样Ce02/Bi2W06/MgAl-LDH的TEM照片。
【具体实施方式】
[0017]以下结合具体实施例对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
[0018]实施例1
将4 g木棉浸泡在80 mL NaOH (20wt%)中，室温下静止24 h，滤干后放入干燥箱于80°C干燥10 h，制得预处理木棉;取4 g预处理后木棉，浸渍到200 mL浓度为0.5 mol/L的硝酸铈的乙醇溶液中，静置8h;取出浸渍后的木棉烘干，经马弗炉500 °C煅烧0.5 h，制得CeO2。取0.5 mmol、1.5 mmol、l.5mmol的硝酸招、硫酸镁及尿素混合后溶于60 mL的蒸馈水中，加入2 g CeO2,经磁力搅拌20 min后装入100 mL的反应釜，在恒温箱中于160 °C保温16 h，待冷却后过滤洗涤烘干，制得Ce02/MgAl-LDH。
[0019]将5 mmol的硝酸铋溶解到2.5 mL 20 wt%的硝酸溶液中，配得溶液A;取2.5 mmol的钨酸钠溶解到20 mL的乙二醇中，配得溶液B;将溶液B倒入溶液A中，磁力搅拌I h后得到均匀溶液，随后用浓度为0.1 mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值至7.5;在上述溶液中加入500mg Ce02/MgAl_LDH，磁力搅拌20 min后装入100 mL的反应釜于150 °C保温5 h，待冷却后过滤洗涤烘干即得最终Ce02/Bi2W06/MgAl-LDH样品。
[0020]实施例2
将4 g木棉浸泡在80 mL NaOH (20wt%)中，室温下静止24 h，滤干后放入干燥箱于80°C干燥10 h，制得预处理木棉;取4 g预处理后木棉，浸渍到200 mL浓度为0.5 mol/L的硝酸铈的乙醇溶液中，静置8 h;取出浸渍后的木棉烘干，经马弗炉500 °0煅烧0.5 h，制得Ce02。取0.5 mmol、1.5 mmol、l.5mmol的硝酸招、硫酸镁及尿素混合后溶于60 mL的蒸馈水中，加入2 g CeO2,经磁力搅拌20 min后装入100 mL的反应釜，在恒温箱中于160 °C保温16 h，待冷却后过滤洗涤烘干，制得Ce02/MgAl-LDH。
[0021]将5