一种锌锡铝碳水滑石及其制备方法和应用与流程

本发明涉及催化剂，更具体地，涉及一种锌锡铝碳水滑石及其制备方法和应用。

背景技术：

1、挥发性有机化合物vocs，主要存在于建筑材料、室内装饰材料和生活及办公用品中，例如有机溶剂、油漆、及含水涂料等。家用燃料和烟叶的不完全燃烧、室外的工业废气、汽车尾气、光化学烟雾等也存在大量的挥发性有机化合物vocs。这些挥发性有机化合物给人们的身体健康带来严重问题。目前可以通过特定的催化剂光催化降解vocs。

2、光催化中常用的催化剂为二氧化钛、氧化锌，由于二氧化钛和氧化锌的光生载流子复合率高，因而表现出很低的整体量子效率，在光催化中常常存在催化活性不高、容易失活等问题。

3、水滑石(ldh)是二维层状结构，由带羟基阳离子层板和层间阴离子组成。水滑石中丰富的层间阴离子有助于光生载流子的传输，而数量众多的羟基，也为光催化反应提供了潜在的羟基自由基。相对于二氧化钛和氧化锌，水滑石的催化活性更高。

4、现有技术已经合成了大量的水滑石，但是大部分水滑石由于能带结构不合适，导致其光催化活性较差。

5、在光催化降解污染气体的实际应用中，现有的催化剂面临着暴露位点少，光生电子空穴易复合，导致氧化能力低，且无法迅速富集污染物的问题。

6、现有技术公开了一种锌锡铝水滑石，该锌锡铝碳水滑石表现出近80％的甲苯去除率，110ppm的co2产量，在120分钟的反应中，活性保持稳定。然而，该水滑石仍然存在电子传输性能低，甲苯捕获性能低，导致光催化活性较低问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有锌锡铝水滑石存在电子传输性能低，甲苯捕获性能差，无法快速氧化污染物的缺陷和不足，提供一种锌锡铝碳水滑石，解决了现有锌锡铝水滑石存在的电子传输性能低，低浓度污染物难以捕获的问题。

2、本发明的另一目的在于提供一种锌锡铝碳水滑石的制备方法。

3、本发明的另一目的在于提供一种锌锡铝碳水滑石在在光催化中的应用。

4、本发明上述目的通过以下技术方案实现：

5、一种锌锡铝碳水滑石，锌锡铝碳水滑石包括碳助催化剂和锌锡铝水滑石纳米片；所述锌锡铝碳水滑石中，碳的质量百分比为0.01～50wt％。

6、本发明提供了一种锌锡铝碳水滑石，包括锌锡铝水滑石纳米片和碳助催化剂，水滑石具有优异的光催化活性和稳定性，碳作为助催化剂与水滑石均匀结合。锌锡铝碳水滑石材料保留了ldh纳米片表面大量暴露的羟基以及碳助催化剂的结构，使得水滑石分散度更高，暴露出更多的催化活性位点，并且碳元素的导电性以及接受电子能力使得水滑石光生电荷的迁移率极大地提高，降低了电子空穴对复合，提高了催化剂的氧化能力，而且碳助催化剂提高了对低浓度污染气体的吸附性，对中间产物的吸附性也得到提高，这有助于同时高效捕获和处理污染气体。

7、本发明构筑了气体富集与降解于一身的锌锡铝碳水滑石光催化剂，对中间产物吸附性提高，实现高效污染气体捕获的同时将其快速降解。

8、优选地，所述锌锡铝碳水滑石中，碳的质量百分比为0.1～15wt％。

9、更优选地，所述锌锡铝碳水滑石中，碳的质量百分比为3～5wt％。

10、本发明的锌锡铝碳水滑石中，碳的质量百分比为3～5wt％，更有利于实现碳和锌锡铝水滑石的协同作用，提高挥发性有机化合物vocs的降解率和矿化率。

11、优选地，锌锡铝纳米片的横向尺寸为5～800nm；所述锌锡铝碳水滑石的比表面积为200～800m2/g，平均孔径为1～30nm，介孔体积为0.01～1cm3/g，微孔体积为0.01～1cm3/g。

12、本发明的锌锡铝碳水滑石具有典型的片状形貌，纳米片由多个微小晶体组成，且纳米片没有堆叠和坍塌，横向尺寸为5～800nm。

13、本发明的锌锡铝碳水滑石，具有合适的比表面积、平均孔径、介孔和微孔体积，具有优异的光生电子迁移率，作为催化剂具有优异的氧化能力。

14、本发明还保护上述任一项所述锌锡铝碳水滑石的制备方法，包括如下步骤：

15、将碳源、锌盐、锡盐和铝盐混合，调节ph值为5～14，即得锌锡铝碳水滑石；

16、锌盐、锡盐和铝盐的摩尔比为(0.1～10)：(0.1～10)：1，锡盐的浓度为0.01～10m；

17、所述锌锡铝碳水滑石中，碳源的质量百分比为0.01～50wt％。

18、本发明的制备方法，能够使得水滑石均匀的与碳结合，使得水滑石具有较高的分散度。因此，锌锡铝碳水滑石作为催化剂光催化时，能够充分实现水滑石自身的作用。

19、优选地，所述碳源为煤质炭、椰壳炭、石墨烯或碳量子点中的一种或几种。

20、椰壳炭的比表面积为800-1600m2/g，微孔体积为85-95％，其微孔孔径为10a-40a。

21、煤质炭的比表面积为200-1500m2/g，微孔体积65-75％左右，其微孔孔径为10a-40a。

22、石墨烯的比表面积为500-2600m2/g，微孔体积65-80％左右，其微孔孔径为10a-40a。

23、碳量子点的比表面积为500-1200m2/g，径向尺寸为1～20nm。

24、更优选地，所述碳源为椰壳炭。

25、优选地，ph值为10～14。

26、本发明还保护所述锌锡铝碳水滑石在光催化vocs、染料或有机物中的应用。

27、本发明的锌锡铝碳水滑石，不仅具有优异的光催化活性和稳定性，而且由于具有碳助催化剂，提高催化剂电子传输性能，以及低污染气体的吸附性，实现富集降解一体化，对中间产物吸附性提高，实现了吸附和光催化协同提高降解率和矿化率。

28、本发明还保护所述锌锡铝碳水滑石在光催化甲苯中的应用。

29、甲苯是一种典型vocs污染物，本发明的锌锡铝碳水滑石尤其适用于作为催化剂光催化甲苯，能够显著提高甲苯的降解率。

30、本发明还保护所述锌锡铝碳水滑石在光催化甲苯中的应用，所述应用中，光催化波长为185～1000nm。

31、优选地，所述应用中，光催化的条件为紫外光照。

32、更优选地，所述应用中，紫外光的波长为200-400nm。

33、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

34、本发明的锌锡铝碳水滑石，包括碳助催化剂和锌锡铝水滑石纳米片，作为催化剂不仅具有优异的光催化活性和稳定性，而且由于具有碳助催化剂，复合材料保留了助催化剂结构以及ldh纳米片表面大量暴露的羟基，使得ldh材料的分散度极大提高，暴露出更多的催化活性位点。提高催化剂电子传输性能，提高污染气体的吸附性，实现富集降解一体化，对中间产物吸附性提高，实现了吸附和光催化协同提高降解率和矿化率。

技术特征：

1.一种锌锡铝碳水滑石，其特征在于，锌锡铝碳水滑石包括碳助催化剂和锌锡铝水滑石纳米片；所述锌锡铝碳水滑石中，碳的质量百分比为0.01～50wt％。

2.如权利要求1所述锌锡铝碳水滑石，其特征在于，所述锌锡铝碳水滑石中，碳的质量百分比为0.1～15wt％。

3.如权利要求1所述锌锡铝碳水滑石，其特征在于，所述锌锡铝纳米片的横向尺寸为5～800nm；所述锌锡铝碳水滑石的比表面积为200～800m2/g，平均孔径为1～30nm，介孔体积为0.01～1cm3/g，微孔体积为0.01～1cm3/g。

4.权利要求1～3任一项所述锌锡铝碳水滑石的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.如权利要求4所述锌锡铝碳水滑石的制备方法，其特征在于，所述碳源为煤质炭、椰壳炭、石墨烯或碳量子点中的一种或几种。

6.如权利要求5所述锌锡铝碳水滑石的制备方法，其特征在于，所述碳源为椰壳炭。

7.如权利要求4所述锌锡铝碳水滑石的制备方法，其特征在于，ph值为10～14。

8.权利要求1～3任一项所述锌锡铝碳水滑石在光催化vocs、染料或有机物中的应用。

9.权利要求1～3任一项所述锌锡铝碳水滑石在光催化甲苯中的应用。

10.权利要求9所述锌锡铝碳水滑石在光催化甲苯中的应用，其特征在于，所述应用中，光催化的条件为紫外光照，紫外光的波长为200-400nm。

技术总结
本发明公开了一种锌锡铝碳水滑石及其制备方法和应用，属于催化剂技术领域。锌锡铝碳水滑石包括碳助催化剂和锌锡铝水滑石纳米片，所述锌锡铝碳水滑石中，碳的质量百分比为0.01～50wt％。本发明的锌锡铝碳水滑石，作为催化剂不仅具有优异的光催化活性和稳定性，而且由于具有碳助催化剂，复合材料保留了助催化剂结构以及水滑石纳米片表面大量暴露的羟基，使得水滑石材料的分散度极大提高，暴露出更多的催化活性位点。提高催化剂电子传输性能，提高污染气体的吸附性，实现富集降解一体化，对中间产物吸附性提高，实现了吸附和光催化协同提高降解率和矿化率。

技术研发人员：黄海保,杨翠霞,张家瑞,刘璧源,戴雯婧,陈新厂,范智莹,陈大鹏,曾正,王金洋,陈金发
受保护的技术使用者：广东美的制冷设备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11