CN104001513B - 一种水滑石负载钒酸银光催化剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水滑石负载钒酸银光催化剂的制备方法，具体步骤如下：将五氧化二钒加入到氢氧化钠溶液中，搅拌；向其中加入水和干燥、粉碎的水滑石粉末，搅拌，沉淀分离，用蒸馏水洗涤，将得到的固体烘干后升温到300～400℃煅烧，制得V₂O₅改性的水滑石；称取硝酸银配置成溶液，向该溶液中滴加稀氨水，边滴加边振荡，至沉淀完全后，固液分离，将上清液倒掉之后，继续向固体中滴加稀氨水，直到最初出现的沉淀恰好完全溶解为止，得到银氨溶液；将V₂O₅改性的水滑石加入到银氨溶液中，搅拌、沉淀、分离，经蒸馏水洗涤后，烘干，即得到一种水滑石负载钒酸银光催化剂。该方法成功将钒酸银固定到水滑石层间，有利于吸附和催化，充分发挥催化剂的纳米效应。

Description

一种水滑石负载钒酸银光催化剂的制备方法

技术领域

本发明属于水处理领域，涉及一种水滑石负载钒酸银光催化剂的制备方法，尤其涉及一种用于处理有机废水的光催化材料的制备方法。

背景技术

当前，伴随工业技术的飞速发展，人类赖以生存的水资源均受到不同程度的污染，水资源污染已经成为世界各国面临的亟待解决的问题。水中的污染物，特别是有毒有机污染物的存在，不仅造成环境污染、生态破坏，而且严重危害人类健康。这些有机污染物包括多环芳烃、多氯联苯、农药、环境干扰素、染料等。

水滑石化学结构通式为：[M²⁺ _1-xM³⁺x(OH)₂]^x+[(A^n-)_x/n·mH₂O]，其中M²⁺为Mg²⁺，Ni²⁺，Mn²⁺，Zn²⁺，Ca²⁺，Fe²⁺，Cu²⁺等二价金属阳离子；M³⁺为Al³⁺，Cr³⁺，Fe³⁺，Co³⁺等三价金属阳离子；A^n-为阴离子，如CO₃ ^2-，NO₃ ^-，Cl^-，OH^-，SO₄ ^2-，PO₄ ^3-，C₆H₄(COO)₂ ^2-等无机和有机离子以及络合离子，当层间无机阴离子不同，水滑石的层间距不同，水滑石是一种良好的催化剂载体。

钒酸银是一类具有可见光响应的新型光催化剂，其单斜相禁带宽度低于2.7eV，具有较高的可见光响应，且性质稳定，近年来成为研究热点。钒酸银有多种制备方法，如固相合成法、共沉淀法、化学沉积法、有机金属分解法、水热法、超声化学法等。这些方法制备的钒酸银均为纳米颗粒，虽然具有较高的比表面积，但容易团聚，降低处理效果，而且在处理废水后难以与水相分离，使其实用性大大降低。如果将用水滑石固定钒酸银则可以避免团聚保持钒酸银的纳米效应并且能降低催化剂的用量。但钒酸银是一种盐，无法直接被固定于水滑石层间。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种水滑石负载钒酸银光催化剂的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种水滑石负载钒酸银光催化剂的制备方法采用以下方法制得：

1)将5～8g五氧化二钒加入到25mL浓度为0.5～1mol/L的氢氧化钠溶液中，搅拌20～40min，生成无色的钒酸钠(Na₃VO₄)溶液；

2)向钒酸钠溶液中加入40～60mL水和10～20g干燥、粉碎过60目筛的水滑石，搅拌4～8h，VO₄ ^3-和水滑石层间的阳离子发生交换，沉淀分离，用蒸馏水洗涤2～3次，制得钒酸根柱撑的水滑石，将钒酸根柱撑的水滑石在105℃下烘干后升温到300～400℃煅烧，将水滑石层内的钒酸根转化为V₂O₅，制得V₂O₅改性的水滑石；

3)称取1～1.2mmol硝酸银配置成10～15mmol/L溶液，向该溶液中滴加稀氨水，边滴加边振荡，至沉淀完全后，固液分离，将上清液倒掉之后，继续向固体中滴加稀氨水，直到最初出现的沉淀恰好完全溶解为止，得到银氨溶液；

4)将V₂O₅改性的水滑石加入到银氨溶液中，搅拌4-6h，在碱性条件下，V₂O₅形成钒酸盐，钒酸盐和银离子反应，在水滑石层间生成钒酸银，沉淀分离，经蒸馏水洗涤3～4次之后，100～105℃烘干，即得到一种水滑石负载钒酸银光催化剂。

所采用的水滑石可以是市售的商品，也可以根据现有技术制备，其制备技术是总所周知的。水滑石化学结构通式为：[M²⁺ _1-xM³⁺x(OH)₂]^x+[(A^n-)_x/n·mH₂O]，其中M²⁺为Mg²⁺，Ni²⁺，Mn²⁺，Zn²⁺，Ca²⁺，Fe²⁺，Cu²⁺等二价金属阳离子中的任一种；M³⁺为Al³⁺，Cr³⁺，Fe³⁺，Co³⁺等三价金属阳离子中的任一种；A^n-为阴离子，如CO₃ ^2-，NO₃ ^-，Cl^-，OH^-，SO₄ ^2-，PO₄ ^3-等无机离子中的任一种；x＝0.5～0.15；M²⁺/M³⁺＝1～5。

本发明的有益效果是：

1、水滑石经过改性后，具有很大比表面积，可以用来吸附有机物，再利用钒酸银的催化作用，可以直接将吸附的有机污染物分解为无害的物质(如二氧化碳、水等)，分解后该水处理剂可以重复利用。

2、钒酸银被固定在水滑石层间，其颗粒间团聚可能较小，能始终保持纳米效应，增强吸附效果。

具体实施方式

实施例1

将8g五氧化二钒加入到25mL浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液中，搅拌40min；向其中加入60mL水和10g干燥、粉碎过60目筛的市售镁铝水滑石，搅拌8h，沉淀分离，用蒸馏水洗涤3次，将得到的固体在105℃下烘干后升温到400℃煅烧，制得V₂O₅改性的水滑石；称取1.2mmol硝酸银配置成15mmol/L溶液，向该溶液中滴加稀氨水，边滴加边振荡，至沉淀完全后，固液分离，将上清液倒掉之后，继续向固体中滴加稀氨水，直到最初出现的沉淀恰好完全溶解为止，得到银氨溶液；将V₂O₅改性的水滑石加入到银氨溶液中，搅拌6h，沉淀分离，经蒸馏水洗涤4次之后，105℃烘干，即得到一种水滑石负载钒酸银光催化剂。

将得到的催化剂0.75g加入到550mL浓度为50mg/L的OrangeII废水中，在300w碘钨灯照射下，反应80分钟，脱色率为92.1％。

实施例2

将8g五氧化二钒加入到25mL浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液中，搅拌40min；向其中加入60mL水和10g干燥、粉碎过60目筛的市售的镁铁水滑石，搅拌8h，沉淀分离，用蒸馏水洗涤3次，将得到的固体在105℃下烘干后升温到400℃煅烧，制得V₂O₅改性的水滑石；称取1.2mmol硝酸银配置成15mmol/L溶液，向该溶液中滴加稀氨水，边滴加边振荡，至沉淀完全后，固液分离，将上清液倒掉之后，继续向固体中滴加稀氨水，直到最初出现的沉淀恰好完全溶解为止，得到银氨溶液；将V₂O₅改性的水滑石加入到银氨溶液中，搅拌6h，沉淀分离，经蒸馏水洗涤4次之后，105℃烘干，即得到一种水滑石负载钒酸银光催化剂。

将得到的催化剂0.75g加入到550mL浓度为50mg/L的OrangeII废水中，在300w碘钨灯照射下，反应80分钟，脱色率为92.8％。

实施例3

将8g五氧化二钒加入到25mL浓度为0.7mol/L的氢氧化钠溶液中，搅拌40min；向其中加入60mL水和10g干燥、粉碎过60目筛的自制的铜铝水滑石，搅拌8h，沉淀分离，用蒸馏水洗涤3次，将得到的固体在105℃下烘干后升温到400℃煅烧，制得V₂O₅改性的水滑石；称取1.2mmol硝酸银配置成15mmol/L溶液，向该溶液中滴加稀氨水，边滴加边振荡，至沉淀完全后，固液分离，将上清液倒掉之后，继续向固体中滴加稀氨水，直到最初出现的沉淀恰好完全溶解为止，得到银氨溶液；将V₂O₅改性的水滑石加入到银氨溶液中，搅拌6h，沉淀分离，经蒸馏水洗涤4次之后，105℃烘干，即得到一种水滑石负载钒酸银光催化剂。

将得到的催化剂0.75g加入到550mL浓度为50mg/L的亚甲基蓝废水中，在300w碘钨灯照射下，反应80分钟，脱色率为92.1％。

Claims (1)

1.一种水滑石负载钒酸银光催化剂的制备方法，其特征是依次包括如下步骤：

1)将5～8g五氧化二钒加入到25mL浓度为0.5～1mol/L的氢氧化钠溶液中，搅拌20～40min，生成无色的钒酸钠(Na₃VO₄)溶液；

2)向钒酸钠溶液中加入40～60mL水和10～20g干燥、粉碎过60目筛的水滑石，搅拌4～8h，VO₄ ^3-和水滑石层间的阳离子发生交换，沉淀分离，用蒸馏水洗涤2～3次，制得钒酸根柱撑的水滑石，将钒酸根柱撑的水滑石在105℃下烘干后升温到300～400℃煅烧，将水滑石层内的钒酸根转化为V₂O₅，制得V₂O₅改性的水滑石；

3)称取1～1.2mmol硝酸银配置成10～15mmol/L溶液，向该溶液中滴加稀氨水，边滴加边振荡，至沉淀完全后，固液分离，将上清液倒掉之后，继续向固体中滴加稀氨水，直到最初出现的沉淀恰好完全溶解为止，得到银氨溶液；

4)将V₂O₅改性的水滑石加入到银氨溶液中，搅拌4-6h，在碱性条件下，V₂O₅形成钒酸盐，钒酸盐和银离子反应，在水滑石层间生成钒酸银，沉淀分离，经蒸馏水洗涤3～4次之后，100～105℃烘干，即得到一种水滑石负载钒酸银光催化剂。