两种LDH基复合材料的构筑及其在废水处理中的应用

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层状双金属氢氧化物(LDHs)具有带正电荷的无机层,可交换的层间阴离子,大的比表面积,在吸附领域得到广泛使用。并且LDHs具有可见光响应,可调整的电子结构和化学组成等性质,在光催化领域受到关注。LDHs单一的官能团使它们的吸附性能受到限制,低的光生载流子分离效率也抑制了它们的光催化性能。为了改善LDHs的性能,LDH基复合材料引起了科研人员的关注。本工作制备了两种LDH基复合材料,分别用于吸附和光催化研究。主要研究内容及结论如下:(1)Al-Fe2O3/LDH复合物的构筑及吸附性能:采用一步水热法合成了一种新型的铝掺杂的氧化铁装饰的层状双氢氧化物纳米复合材料(Al-Fe2O3/LDH)。对含单一污染物废水处理结果表明,Al-Fe2O3/LDH复合材料对磷酸盐,刚果红(CR)和甲基橙(MO)的吸附容量分别为93.06 mg/g,1363.54 mg/g和577.42 mg/g,并且在第一分钟内就基本达到吸附平衡。层状氢氧化物纳米片与负载型Al掺杂的铁氧化物之间的协同作用增强了复合材料的吸附能力,而Al-Fe2O3/LDH复合材料在溶液中的良好分散性有助于污染物的快速吸附。对含复杂污染物废水处理结果表明,Al-Fe2O3/LDH复合材料表面上有限数量的反应位点对磷酸盐-CR系统中的磷酸盐去除有较大影响,而对磷酸盐-MO系统中的磷酸盐去除影响较小。这是由于吸附物与复合材料活性位点之间相互作用的差异引起的。此外,由铁氧化物中铝掺杂导致的对磷酸盐的特殊亲和力有助于增强磷酸盐的竞争性吸附。Al-Fe2O3/LDH复合材料是通过配体交换形成的内球络合物,静电相互作用以及氢键的形成来有效的去除磷酸盐。(2)Ti O2-4/LDH复合物的构筑及光催化性能:采用水热法合成了独特结构的层状双氢氧化物包覆的有缺陷的Ti O2纳米带(Ti O2-4/LDH)Z型光催化复合材料。对含盐酸四环素废水的处理结果表明,Ti O2-4/LDH Z型光催化剂表现出了优异的光催化降解能力,其降解速率常数分别是LDH,Ti O2-4的5倍和2.5倍。Ti O2纳米带中Ti3+离子以及相关的氧空位的存在将光吸收范围扩展到了可见光区域。LDH和有缺陷的Ti O2纳米带的可见光响应有助于提高Ti O2-4/LDH复合物的光催化活性。在LDH和Ti O2之间的界面上的能带结构的改变促进了电荷载流子的定向传输,这种定向传输遵循直接Z型。直接Z型异质结的构建促进了载流子的分离,这也有助于实现出色的光催化活性。这项工作提供了对直接Z型异质结的理解,并证明了Ti O2-4/LDH异质结构的优异光催化能力。
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