一种磁性铁锰层状双金属氢氧化物的制备方法及应用

本技术涉及于光催化，尤其涉及一种磁性铁锰层状双金属氢氧化物的制备方法及应用。

背景技术：

1、对乙酰氨基酚(acetaminophen，app)，又叫扑热息痛，外观呈白色结晶或粉末状，作为一种典型的ppcps类污染物广泛存在于各类自然水体中。针对aap这一类新污染物，目前主要采用的降解转化技术有吸附法、活性污泥法、电化学法等，但这些处理工艺难以高效去除aap，且自身具有一定的不足之处，无法单独地用于某个污水的净化。目前对于aap等医疗废水的处理主要采用的方法分为物理法、生物法和化学法三种。物理法有吸附材料难再生、后期处理费用高，膜分离技术难以做到将aap完全从水体中分离去除的缺点，生物处理法比物理法和化学法具有更好的经济适用性，能在处理废水时实现资源化利用，但在高浓度和强酸碱性的废水处理中生物法往往受到极大限制。化学法主要是通过氧化还原反应将难降解有机污染物转化为稳定、低毒性或无毒性的小分子化合物的方法，常用于处理含有机废水的化学氧化法主要包括光化学氧化法、电化学氧化法、高级氧化法等。

2、高级氧化技术（aops）是一种能有效去除水中难降解有机污染物的新技术，其中活化过氧乙酸（paa）的高级氧化法由于具有氧化性强、可适应ph值范围广、反应稳定等特点在处理ppcps废水方面具有广泛的应用前景，paa的活化主要通过光（可见光、紫外光）、热、微波、超声等外部能量或者过渡金属、碳材料及其复合材料促使paa的o-o键断裂产生活性物种。但直接采用均相过渡金属存在金属离子毒性、使用寿命、离子浸出、二次污染等问题，而非均相过渡金属具有较低的金属离子释放，易于从水中分离并且具有较高的稳定性等优点，在可见光的辐照下，过渡金属离子还能进行相关的氧化还原，从而实现不同价态间的循环转换。传统的半导体光催化材料如赤铁矿（fe2o3）都存在明显的局限性，存在比表面积小、易光腐蚀和光生电子-空穴复合快等问题。近年来，铁锰催化剂对过硫酸盐催化效率高，且具有无毒，廉价和环境友好等特点，成为研究热点。目前，大部分研究都集中在铁锰催化剂对pms活化研究中，但铁锰催化剂/pms体系存在以下问题：①在制备方面存在结晶度及纯度较低的问题；②对pms的利用率较低；③结构稳固性差、易团聚、浸出高；④非磁性材料回收利用困难。层状双氢氧化物（ldh）是一类具有特殊结构的碱性无机层状化合物，近年来因其在催化、电催化、光催化等方面的广泛应用而备受关注。ldh 的一般化学式可以写成[m(ii)1-xm(iii)x(oh)2]x+[ax/nn−]x-·mh2o，其中m（ii）和m（iii）是二价和三价阳离子，an-表示层间阴离子。ldhs 的片层结构是基于层状表面上的m3+对m2+的同晶取代作用、原子共价键合以及层间为化学键的相互作用而形成，并通过层状堆叠形成晶体颗粒。由于层状表面带有结构正电荷， 层间可以存在不同类型的阴离子以平衡电荷，促进了层状结构的稳定。由于具有以下突出优点，已被广泛应用于aops中降解废水中的污染物：（i）ldhs易于合成，成本低，可以固定各种金属离子，提高催化性能；（ii）具有一定的ph缓冲能力，有利于paa的活化；（iii）ldh基催化剂的稳定结构可以减少金属浸出，提高可重复使用性。在ldh结构中添加磁性材料，如磁铁矿，使其在不同体系中的应用成为可能。因此，需要开发一种结构稳定且具磁性可回收的fe3o4@mnfe-ldh，并在可见光驱动下活化过氧乙酸产生多种活性氧物种，实现对水体中的有机污染物的高效降解。

技术实现思路

1、本技术目的在于针对当前技术的不足，提供一种磁性铁锰层状双金属氢氧化物的制备方法及应用。

2、第一方面，本技术提供一种磁性铁锰层状双金属氢氧化物的制备方法，采用如下技术方案：

3、一种磁性铁锰层状双金属氢氧化物的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、fe304纳米球的制备：将铁盐和乙酸钠溶解在乙二醇中，搅拌30-40分钟，得到混合溶液a，将混合溶液a转移至反应器中，然后在200℃下反应8-10小时，自然冷却至室温，得到固体材料，将所述固体材料洗涤，干燥，得到fe304纳米球；

5、s2、fe3o4@mnfe-ldh的制备：将铁盐和锰盐溶于去离子水中，在室温下搅拌30-50分钟，得到溶液b,然后，在搅拌条件下，调节ph至6.4-6.8, 得到溶液c, 向溶液c中加入聚乙烯吡咯烷酮和fe304纳米球，在室温下超声搅拌15-20分钟后，然后搅拌速度为300rmp条件下，调节ph至9.5-10.5，得到的悬浮液在65℃下老化24-30h，最后，用外磁电场收集固体产物，将固体产物采用蒸馏水和无水乙醇交替洗涤3-5次，在温度为60-65℃下干燥18-24小时，得到fe304@mnfe-ldh；所述聚乙烯吡咯烷酮和fe304纳米球的质量份数比为（20-30）:1;所述聚乙烯吡咯烷酮的质量份数和铁盐中铁的物质的量份数的比为100:5-6，所述质量份数的单位为g，所述物质的量份数的单位为mol。

6、通过采用上述技术方案，s1中的fe3o4纳米球的制备是为了作为fe3o4@mnfe-ldh中的fe3o4的前驱体。fe3o4纳米球在fe3o4@mnfe-ldh的制备过程中起到了模板作用，提高了后续fe3o4@mnfe-ldh的比表面积和光催化活性。在s2中，通过将fe3o4纳米球与mnfe-ldh结合，形成fe3o4@mnfe-ldh双金属氢氧化物。fe3o4@mnfe-ldh具有磁性，可以通过外磁电场方便地进行回收利用，提高了材料的可持续利用性。此外，fe3o4@mnfe-ldh具有良好的可见光吸收性能和高催化活性，适用于光催化活化过氧乙酸以及降解有机物等领域。整个制备方法中，通过控制各步骤的条件和配比比例，得到了具有优异性能的磁性铁锰层状双金属氢氧化物材料。fe3o4@mnfe-ldh可以有效提高光催化活性，实现多种活性氧物种共存，具有广泛的应用前景。

7、优选的，在步骤s1中，所述混合溶液a中乙酸钠的浓度为0.15-0.16mol/l。

8、优选的，在步骤s1中，所述混合溶液a中铁盐的浓度为0.77-0.80mol/l。

9、优选的，所述铁盐为氯化铁、硝酸铁和硫酸铁中的一种。

10、优选的，所述锰盐为硝酸锰、硫酸锰和二氯化锰中的一种。

11、优选的，在步骤s1中，所述洗涤采用蒸馏水和无水乙醇交替洗涤3-5次；所述干燥的温度为60-70℃，所述干燥的时间为24-30小时。

12、优选的，在步骤s2中，所述溶液b中铁盐的浓度为0.045-0.055mol/l；所述溶液b中锰盐的浓度为0.045-0.055mol/l。

13、优选的，逐滴加入由naoh和na2co3组成的水溶液调节ph，所述由naoh和na2co3组成的水溶液中naoh的浓度为0.35-0.4mol/l，na2co3的浓度为0.15-0.18mol/l。

14、第二方面，本技术提供一种磁性铁锰层状双金属氢氧化物的制备方法的应用，采用如下的技术方案：

15、作为一个总的技术构思，本技术还提供上述一种磁性铁锰层状双金属氢氧化物的制备方法获得的fe304@mnfe-ldh作为光催化剂在可见光驱动下活化过氧乙酸降解有机污染物中的应用。

16、优选的，污染物的降解体系为：污染物浓度为1mg/l，过氧乙酸浓度为1g/l，fe304@mnfe-ldh为0.40g/l，ph为6-8，在可见光照射反应25-30min；所述污染物为对乙酰氨基酚、环丙沙星和四环素中的一种或多种的混合物。

17、通过采用上述技术方案，构建的可见光/paa/fe304@mnfe-ldh体系是一种多种活性氧物种共存的体系，具有更高的降解效率和速率。

18、综上所述，本技术的有益技术效果：

19、1. 界面紧密、比表面积大和催化活性高：由于fe3o4@mnfe-ldh具有层状结构和双金属性质，其界面更为紧密，比表面积更大，从而提高了催化活性。

20、2. 良好的可见光吸收性能和稳定性：fe3o4@mnfe-ldh表现出良好的可见光吸收性能，可有效利用可见光进行光催化反应，并且具有良好的稳定性，能够长时间保持催化活性。

21、3.光致电荷转移效率高：通过构建可见光/paa/fe3o4@mnfe-ldh体系，能够实现高效的光致电荷转移，提高光催化活性。

22、4. 光催化活化过氧乙酸效果突出：fe3o4@mnfe-ldh在光催化活化过氧乙酸方面表现出良好的催化效果，可用于降解有机物等领域，具有广泛的应用前景。

23、5. 载流子传输和分离优势：利用fe3o4@mnfe-ldh可实现有效的载流子传输和分离，抑制电子空穴对的复合，从而提高光催化活性。

24、6. 磁性可回收材料：相比传统的非磁性材料，fe3o4@mnfe-ldh具有磁性可回收性，有利于材料的回收再利用，降低了资源消耗。