一种以水滑石制备二维钴铝复合氧化物的方法及其应用技术

本发明专利技术公开一种以水滑石制备二维钴铝复合氧化物的方法及其应用，所述以水滑石制备二维钴铝复合氧化物的方法包括：将钴盐溶液、铝盐溶液、六次甲基四胺溶液和富氮化合物溶液混合形成混合溶液后，加热至60～120℃进行水热反应6～12h，然后分离出其中的固体产物，得插层水滑石；将所述插层水滑石加热至250～330℃焙烧0.5～2h，冷却得到多层水滑石；将所述多层水滑石置于有机溶剂中进行超声处理，然后分离出其中的固体物质，得单层水滑石；将所述单层水滑石加热至500～800℃焙烧0.5～2h，冷却得到二维钴铝复合氧化物。本发明专利技术以水滑石制备的二维钴铝复合氧化物在用于催化活化过硫酸盐降解苯胺废水时，提高了对苯胺的降解率。

A method of preparing 2D co Al composite oxide from hydrotalcite and its application

The invention discloses a method for preparing two-dimensional cobalt aluminum composite oxide from hydrotalcite and its application. The method for preparing two-dimensional cobalt aluminum composite oxide from hydrotalcite includes: mixing cobalt salt solution, aluminum salt solution, hexamethylenetetramine solution and nitrogen rich compound solution to form a mixed solution, heating to 60-120 \u2103 for hydrothermal reaction for 6-12h, and then separating out the solid therein The product is to obtain the intercalated hydrotalcite; the intercalated hydrotalcite is heated to 250-330 \u2103 and roasted for 0.5-2h, and cooled to obtain the multi-layer hydrotalcite; the multi-layer hydrotalcite is placed in the organic solvent for ultrasonic treatment, and then the solid substance is separated to obtain the single layer hydrotalcite; the single layer hydrotalcite is heated to 500-800 \u2103 and roasted for 0.5-2h, and cooled to obtain the two-dimensional cobalt aluminum composite oxide \u3002 The two-dimensional cobalt aluminum composite oxide prepared by hydrotalcite improves the degradation rate of aniline when used for catalytic activation of persulfate to degrade aniline wastewater.

【技术实现步骤摘要】
一种以水滑石制备二维钴铝复合氧化物的方法及其应用
本专利技术涉及二维层状材料制备
，具体涉及一种以水滑石制备二维钴铝复合氧化物的方法及其应用。
技术介绍
二维层状材料通常指由单个或者多个原子层组成，厚度在1～10nm之间的晶体材料。二维层状材料具有众多优异的物理和化学性质，在催化、电子、储能和能量转换等许多领域具有巨大潜力，特别是自单原子层石墨烯成功剥离以来，二维层状材料的研究和开发吸引了众多科研工作者的研究兴趣。水滑石作为一种离子层状材料，主要由带正电荷的片层和片层间阴离子有序地组装而成，片层内金属阳离子占据正八面体晶格中心，顶点由氢氧根离子连接形成可无限扩展的二维结构。片层内金属元素可被半径相近的金属元素同晶置换，因此层板金属元素可以有选择性地进行调控，从而得到不同类型的水滑石。同时，水滑石具有热致拓扑转变性，其晶体结构在高温焙烧前后保持不变。因此，将单原子层水滑石高温焙烧，可以制得二维层状复合氧化物。但是，通常制得的水滑石是由堆叠起来的比较规整的正六边形片层组成，需要通过一系列片层间离子交换及剥离过程，才能得到单层的水滑石。此时，由于水滑石片层正电荷密度大，与片层间阴离子静电作用较强，导致其剥离难度大，很难得到大面积、柔性的二维层状材料，在一定程度上限制了该类材料的应用，尤其是在用作催化剂催化活化过硫酸盐降解废水中有机污染物(例如苯胺废水中的苯胺)时，催化性能不佳而使得对废水中有机污染物的降解率不高。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提出一种以水滑石制备二维钴铝复合氧化物的方法及其应用，旨在提高以水滑石制备的二维钴铝复合氧化物在催化活化过硫酸盐降解苯胺废水时，对苯胺的降解率。为实现上述目的，本专利技术提出一种以水滑石制备二维钴铝复合氧化物的方法，包括以下步骤：将钴盐溶液、铝盐溶液、六次甲基四胺溶液和富氮化合物溶液混合形成混合溶液后，加热至60～120℃进行水热反应6～12h，然后分离出其中的固体产物，得插层水滑石；将所述插层水滑石加热至250～330℃焙烧0.5～2h，冷却得到多层水滑石；将所述多层水滑石置于有机溶剂中进行超声处理，然后分离出其中的固体物质，得单层水滑石；将所述单层水滑石加热至500～800℃焙烧0.5～2h，冷却得到二维钴铝复合氧化物。可选地，所述钴盐溶液包括CoCl2溶液、Co(NO3)2溶液和Co(CH3COO)2溶液中的至少一种。可选地，所述铝盐溶液包括AlCl3溶液、Al(NO3)3溶液和Al2(SO4)3溶液中的至少一种。可选地，所述富氮化合物溶液包括尿素溶液、双氰胺溶液和三聚氰胺溶液中的至少一种。可选地，将钴盐溶液、铝盐溶液、六次甲基四胺和富氮化合物溶液混合形成混合溶液后，加热至60～120℃进行水热反应6～12h，然后分离出其中的固体产物，得插层水滑石的步骤中：所述钴盐溶液中钴盐的摩尔浓度为0.01～0.125M；所述铝盐溶液中铝盐的摩尔浓度为0.01～0.125M；所述六次甲基四胺溶液中六次甲基四胺的摩尔浓度为0.01～0.125M；所述富氮化合物溶液中富氮化合物的摩尔浓度为0.01～0.125M；所述钴盐溶液、铝盐溶液、富氮化合物溶液和富氮化合物溶液的体积比为1：(0.1～5)：(0.1～5)：(0.5～1)。可选地，将所述插层水滑石加热至250～330℃焙烧0.5～2h，冷却得到多层水滑石的步骤中：所述插层水滑石加热至250～330℃过程中的升温速率为2～5℃/min。可选地，将所述多层水滑石置于有机溶剂中进行超声处理，然后分离出其中的固体物质，得单层水滑石的步骤中：所述超声处理的超声频率为40～60Hz，超声温度为20～30℃，超声时间为0.5～8h。可选地，将所述多层水滑石置于有机溶剂中进行超声处理，然后分离出其中的固体物质，得单层水滑石的步骤中：所述有机溶剂包括二甲基亚酰胺、甲酰胺和丙酮中的至少一种；所述多层水滑石和有机溶剂的固液比为1g：(30～80)mL。本专利技术还提出一种降解苯胺废水的方法，包括以下步骤：向苯胺废水中加入二维钴铝复合氧化物，然后加入过硫酸盐，振荡反应0.5～2h，完成对苯胺废水的降解处理；其中，所述二维钴铝复合氧化物由如上所述的以水滑石制备二维钴铝复合氧化物的方法制得。可选地，所述过硫酸盐包括Na2S2O8、K2S2O8和KHS2O8中的至少一种。本专利技术提供的技术方案中，以钴盐、铝盐、六次甲基四胺和富氮化合物为原料，通过水热反应使树脂单体插层水滑石，在此过程中，树脂单体首先在水滑石层间受热固化、生成网状的树脂，其不仅可以降低水滑石层间作用力，还可以抑制后续层间阴离子受热脱去而引起的水滑石层状结构的坍塌；接着，层间阴离子随温度升高而分解脱去，其可以显著地降低水滑石片层间的作用力；然后在有机溶剂中，将多层水滑石超声剥离为单层水滑石；最后，通过高温焙烧，使树脂热分解脱去，同时单层水滑石转化为二维钴铝复合氧化物。也即，本专利技术通过树脂单体插层水滑石的生成、层间树脂生成及阴离子脱去、多层水滑石剥离为单层水滑石、单层水滑石的转化及树脂的热分解脱去等工艺，成功以水滑石制得二维钴铝复合氧化物，解决了以水滑石制备二维层状材料时，水滑石片层剥离难度大的问题，使用该二维钴铝复合氧化物催化活化过硫酸盐降解苯胺废水，提高了对苯胺的降解率，且制备工艺简单、制备条件温和。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术提供的以水滑石制备二维钴铝复合氧化物的方法的一实施例的流程示意图。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。二维层状材料由于众多优异的物化性质及巨大的应用潜力，目前备受关注。通常制得的水滑石是多层片状结构，如果能将多层片状水滑石剥离成单层的二维层状水滑石，然后将单层水滑石转化为二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以水滑石制备二维钴铝复合氧化物的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将钴盐溶液、铝盐溶液、六次甲基四胺溶液和富氮化合物溶液混合形成混合溶液后，加热至60～120℃进行水热反应6～12h，然后分离出其中的固体产物，得插层水滑石；/n将所述插层水滑石加热至250～330℃焙烧0.5～2h，冷却得到多层水滑石；/n将所述多层水滑石置于有机溶剂中进行超声处理，然后分离出其中的固体物质，得单层水滑石；/n将所述单层水滑石加热至500～800℃焙烧0.5～2h，冷却得到二维钴铝复合氧化物。/n

【技术特征摘要】
1.一种以水滑石制备二维钴铝复合氧化物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将钴盐溶液、铝盐溶液、六次甲基四胺溶液和富氮化合物溶液混合形成混合溶液后，加热至60～120℃进行水热反应6～12h，然后分离出其中的固体产物，得插层水滑石；
将所述插层水滑石加热至250～330℃焙烧0.5～2h，冷却得到多层水滑石；
将所述多层水滑石置于有机溶剂中进行超声处理，然后分离出其中的固体物质，得单层水滑石；
将所述单层水滑石加热至500～800℃焙烧0.5～2h，冷却得到二维钴铝复合氧化物。


2.如权利要求1所述的以水滑石制备二维钴铝复合氧化物的方法，其特征在于，所述钴盐溶液包括CoCl2溶液、Co(NO3)2溶液和Co(CH3COO)2溶液中的至少一种。


3.如权利要求1所述的以水滑石制备二维钴铝复合氧化物的方法，其特征在于，所述铝盐溶液包括AlCl3溶液、Al(NO3)3溶液和Al2(SO4)3溶液中的至少一种。


4.如权利要求1所述的以水滑石制备二维钴铝复合氧化物的方法，其特征在于，所述富氮化合物溶液包括尿素溶液、双氰胺溶液和三聚氰胺溶液中的至少一种。


5.如权利要求1至4任意一项所述的以水滑石制备二维钴铝复合氧化物的方法，其特征在于，将钴盐溶液、铝盐溶液、六次甲基四胺和富氮化合物溶液混合形成混合溶液后，加热至60～120℃进行水热反应6～12h，然后分离出其中的固体产物，得插层水滑石的步骤中：
所述钴盐溶液中钴盐的摩尔浓度为0.01～0.125M；
所述铝盐溶液中铝盐的摩尔浓度为0.01～0.125M；
所述六次甲基四胺溶液中六次甲基四胺的摩尔浓度为0.01～0.1...

【专利技术属性】
技术研发人员：费会，王纯，黄雪临，李子洋，
申请(专利权)人：武汉轻工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42