Efficiënte fotokatalytische verwijdering van kationische kleurstoffen met gecalcineerde Zn-Al gelaagde dubbele hydroxiden

Samenvatting

Gecalcineerde en organisch-gemodificeerde Zn-Al gelaagde dubbele hydroxiden (LDH's) werden bestudeerd als adsorptiemiddelen en fotokatalysatoren voor verwijdering van kationische kleurstof, nl. methylene blauw (MB). Zn-Al LDH's met een kationische verhouding van 2:4 werden verkregen door de co-precipitatie methode. As-gesynthetiseerde monsters werden gecalcineerd bij verschillende temperaturen en de fasetransformaties werden onderzocht door XRD, TG/DTG, en UV–vis-DR methoden. De activiteit van as-gesynthetiseerde en gecalcineerde Zn-Al LDH's onder UV-licht werd toegeschreven aan de aanwezigheid van ZnO-fase. De hoeveelheid ZnO in LDH's kan gereguleerd worden door de Zn/Al verhouding en verwarmingstemperatuur te variëren. De impact van Zn/Al verhouding op fotokatalytische activiteit van LDH's werd waargenomen als predominant. De gecalcineerde Zn-Al LDH's toonden lage adsorptie van MB. De modificatie van ZnAl LDH's door natrium dodecyl sulfaat werd uitgevoerd met een reconstructiemethode. De organo/LDH nanohybriden toonden hoge adsorptiecapaciteit voor MB. De verwijdering van MB uit oplossingen met organo/Zn-Al LDH's werd verbeterd door gebruik van UV-licht door MB fotodestructie.

Achtergrond

De verwijdering van gevaarlijke organische kleurstoffen uit afvalwater en sanering van verontreinigingen in oppervlaktewater, grondwater is een groot probleem in de wereld. Verschillende traditionele methoden waaronder adsorptie, coagulatie, flocculatie, ozonatie, membraanfiltratie, ionenuitwisseling, oxidatie, en chemische neerslag zijn bekend voor de behandeling van kleurstof-bevattende afvalstromen [1, 2]. Adsorptie is een goedkope techniek die geen speciale opstelling vereist. In de afgelopen jaren zijn veel soorten adsorptiemiddelen met katalytische functie ontwikkeld en gebruikt voor verwijdering van nitraat, zware metalen, en organische verontreinigingen uit water [3,4,5].

Het gebruik van gelaagde dubbele hydroxiden (LDH's) als alternatieve materialen voor de verwijdering van organische kleurstoffen uit waterige media is verkend [6,7,8]. LDH's zijn bekend als anionische kleien en hydrotalciet-achtige materialen. Hun basale structuur lijkt op die van bruciet, Mg(OH)₂, wanneer een fractie x van tweewaardige kationen isomorfe wordt vervangen door driewaardige kationen, wat positief geladen lagen oplevert. De chemische samenstelling van LDH's wordt uitgedrukt door de algemene formule [M²⁺ _1−xM³⁺ _x(OH)₂][Aⁿ⁻]_x/n · zH₂O, waar M ²⁺ mag zijn: Mg²⁺, Zn²⁺, of Ni²⁺, en M ³⁺ mag zijn: Al³⁺, Ga³⁺, Fe³⁺, of Mn³⁺. Een niet-framework lading compenserende anorganische of organische anion (CO₃ ²⁻, Cl⁻, SO₄ ²⁻, RCO₂ ⁻) wordt aangeduid als Aⁿ⁻; x is normaal tussen 0,2−0,4. LDH-lagen verkrijgen een positieve lading door isomorfe substitutie van M³⁺ voor M²⁺, wat gecompenseerd wordt door interlaag anionen en water [9].

De thermische behandeling van LDH's leidt tot verlies van fysisgeadsorbeerde en interlaag watermoleculen, OH^- groepen van lagen, en lading-balancerende anionen. De gelaagde structuur kollapseren en een gemengd metaaloxide vaste oplossing wordt gevormd. De gemengde oxiden bezitten typisch grote specifieke oppervlaktes, thermische stabiliteit, en synergistische interacties tussen de verschillende metaalcomponenten. Daarom hebben LDH-calcinatieproducten talloze toepassingen in verschillende katalytische processen gevonden [10,11,12].

Vanwege hun anionuitwisselingscapaciteit zijn LDH's geschikt voor anionische kleurstoffen intercalatie en adsorptie, maar ze zijn niet toepasbaar voor kationische. De modificatie van LDH's oppervlak met anionische surfactanten stelt in staat om composieten te verkrijgen die in staat zijn om verschillende typen organische moleculen te adsorberen [13, 14]. Natrium dodecyl sulfaat (DS) gemodificeerde LDH's toonden extreem hoge sorptie van kationische kleurstoffen zoals safranine [15], methylene blauw [16], en basic blauw [17].

Onlangs zijn LDH's intensief onderzocht als veelbelovende heterogene fotokatalysatoren vanwege hun intrinsieke foto-respons karakteristieken, lage kosten, alsmede gemakkelijke bereiding en modificatie [18]. LDH's als fotokatalysatoren toonden grote energie-omzettingsefficiëntie als gevolg van de hoge dispersie van actieve soorten in een gelaagde matrix, wat de ladingsscheiding faciliteert. Gemengde oxiden met halfgeleidereigenschappen worden verkregen door calcinatie van geschikte transitiemetaal-bevattende LDH's. Een grote verscheidenheid aan metaalkationen, zoals Zn²⁺ en Ti⁴⁺, kan in de lagen geïntroduceerd worden [19, 20]. Hun relatieve verhoudingen kunnen in een wijd bereik gevarieerd worden, wat de mogelijkheid biedt voor de bereiding van halfgeleideroxiden instelbare eigenschappen. Fotokatalytische toepassingen van LDH's zijn een interessant opkomend veld. Verscheidene halfgeleider gemengde oxiden afgeleid van LDH, zoals Zn-Al [20], Zn-Ce, ZnFe, Zn-Cr [21], Mg-Zn-Al [22], en Zn-Ga [23], zijn bestudeerd voor de fotokatalytische afbraak van verontreinigingen.

Naast de ongewenste kleur, vertonen afbraakproducten van kleurstoffen ook een mutagen of kankerverwekkend effect op mensen en hun opname kan ernstige schade aan organismen veroorzaken. Chloor en hypochloorzuur, gegenereerd tijdens afbraak, zijn sterke giftige oxidanten. Ze kunnen organische stoffen oxideren en worden gelijktijdig gereduceerd tot chloride [24]. Als een belangrijk basisch kleurstof gebruikt voor het printen van katoen, verwen van katoen en leer, kan MB verschillende schadelijke effecten veroorzaken zoals oogbrandjes, irritatie van de maag-darmtrakt en de huid [25].

De hoge adsorptiecapaciteit van Zn-Al interlagen gemodificeerd met DS voor methylene blauw (MB) werd gedemonstreerd [26]. De aanwezigheid van fotactief component in het adsorptiemiddel kan de efficiëntie van Zn-Al LDH-gebaseerde materialen voor verwijdering van kationische kleurstof verhogen door gebruik van UV-bestraaling. Dus, de optimale condities voor de bereiding van Zn-Al LDH's voor de verwijdering van kationische kleurstof, zoals MB door adsorptie en fotodestructie, werden in dit werk bepaald.

Methoden

Synthese van Zn-Al LDH's

Alle chemicaliën waren analytische kwaliteit en gebruikt zonder verdere zuivering. Zn-Al LDH's met carbonaat als de interlaag anion, met [Zn]:[Al] = 1:2 werden gesynthetiseerd door co-precipitatie methode bij een constante pH vergelijkbaar met [9]. De eerste oplossing bevattende Na₂CO₃ (0,5 M) en NaOH (1,5 M) werd verkregen. De tweede oplossing bevattende een mengsel van metaalnitraaten van Zn(NO₃)₂∙6H₂O en Al(NO₃)₃∙9H₂O (totale metaalconcentratie was 0,6 M, de molaire verhouding van Zn/Al 2:1, 3:1, 4:1) werd voorbereid en druppelgewijs toegevoegd aan de eerste oplossing onder roeren. De pH werd aangepast tot 10 door toevoeging van NaOH. Zodra de toevoeging voltooid was, werd de temperatuur verhoogd tot 85 °C en de slib werd 6 uur bij deze temperatuur onder continu roeren gehouden. Daarna werd de slib afgekoeld tot kamertemperatuur binnen enkele uren. Het product geïsoleerd door filtratie en gewassen met gedemineraliseerd water tot pH 7 meerdere keren. Daarna werd het vast drooggelegd bij 100 °C. De monsters werden gelabeld als ZnAl₂₁ LDH, ZnAl₃₁ LDH, en ZnAl₄₁ LDH.

De bovengenoemde gesynthetiseerde Zn-Al LDH's werden gecalcineerd bij 450 °C gedurende 2 uur en bij 600°C gedurende 1, 2 en 5 uur in lucht. De monsters werden gelabeld als ZnAl₂₁-450, ZnAl₃₁-450, ZnAl₄₁-450, ZnAl ₂₁-600-1, ZnAl ₃₁-600-1, ZnAl ₄₁-600-1, ZnAl ₂₁-600-2, ZnAl ₃₁-600-2, ZnAl ₄₁-600-2, ZnAl ₂₁-600-5, ZnAl ₃₁-600-5, ZnAl ₄₁-600-5.

De Zn-Al LDH's werden gemodificeerd met natrium dodecyl sulfaat CH₃(CH₂)₁₁SO₄Na door reconstructiemethode. De suspensies van 1 g gecalcineerde LDH's en 50 ml van 0,05 M DS waterige oplossingen werden 24 uur bij kamertemperatuur geroerd. De verkregen composieten werden gelabeld als ZnAl ₂₁-450/DS, ZnAl ₃₁-450/DS, ZnAl ₄₁-450/DS, ZnAl ₂₁-600-1/DS ZnAl ₃₁-600-1/DS ZnAl ₄₁-600-1/DS.

Karakterisatie

XRD-patronen van de monsters werden opgenomen met een DRON-4-07 diffractometer (Burevestnik Inc., Sint-Petersburg, Rusland), (CuK_α straling). De thermogravimetrische analyse (TGA) en differentiële thermische analyse (DTA) werden uitgevoerd met behulp van Derivatograph Q-1500 D apparaat (MOM, Hongarije) werkend in stromende lucht bij een verwarmingssnelheid van 10°min⁻¹. Diffuse reflectiespectra werden verkregen met een Lambda 35 UV-Vis (Perkin Elmer, Duitsland) spectrometer uitgerust met een integrerende Labsphere RSA—PR-20 in het golflengtebereik 200-1000 nm. De UV-zichtbare spectra van de oplossingen werden opgenomen met een Lambda 35 UV-Vis spectrometer (Perkin Elmer, Duitsland).

Fotokatalytisch experiment

0,020 g van Zn-Al LDH's werd gedispergeerd in 40 mL van 9 × 10^-5 M (voor gecalcineerde LDH's) en 10^-4 M (voor DS-gemodificeerde LDH's) MB waterige oplossing in de kwartsreactor. Voor belichting, werden de suspensies 1 uur (gecalcineerde LDH's) en 24 uur (DS gemodificeerde LDH's) in het donker geroerd om een adsorptie-desorptie evenwicht tussen de fotokatalysator en MB moleculen te bereiken. Vervolgens werd de oplossing 3 uur bestraald met kwikdamp lamp (λ_max = 365 nm) onder magnetisch roeren. Op gegeven tijdstippen werd de oplossing geanalyseerd door de absorptiespectra te meten met UV-Vis spectrometrie.

Resultaten en discussie

Karakterisatie

Het XRD-patroon voor de as-gesynthetiseerde Zn–Al LDH's met de verschillende Zn²⁺/Al³⁺ kationische verhoudingen worden gepresenteerd in Fig. 1a. De hydrotalciet-achtige structuur werd gevormd voor alle kationische verhoudingen. De XRD-patronen vertonen de karakteristieke reflecties gerelateerd aan de gelaagde dubbele hydroxiden. Een additionele ZnO-fase was aanwezig in de ZnAl₄₁ LDH zoals aangegeven door de XRD-patronen. De 2θ pieken bij 31,9°, 34°, en 36,2° behoren tot ZnO-fase gevormd op het bruciet-achtige vellen oppervlak. Alle reflecties zijn scherp wat wijst op een hoog kristallijn materiaal.

Röntgendiffractiepatronen van as-gesynthetiseerde Zn-Al LDH's (a) en gecalcineerd: ZnAl₂₁LDH (b), ZnAl₃₁LDH (c), ZnAl₄₁LDH (d)

De analyse van XRD-patronen van de gecalcineerde derivaten toonde aan dat de gelaagde structuur van de oorspronkelijke LDH's volledig vernietigd was, wat suggereert bijna totale decompositie van de oorspronkelijke LDH's en eliminatie van de meeste interlaag carbonaatanionen en water (Fig. 1b–d). Alle reflecties konden perfect geïndexeerd worden als de hexagonale wurtzietstructuur ZnO. Geen karakteristieke reflecties overeenkomend met Al₂O₃ fasen werden waargenomen in de XRD-patronen. Het moet worden opgemerkt dat de hogere graad kristallijnheid van ZnO verbeterde met toenemende Zn²⁺/Al³⁺ kationische verhouding.

Het is bekend dat de hydratatie van gecalcineerde Zn-Al LDH's in waterige suspensie leidt tot de reconstructie van de hydrotalciet-fase [9]. Het kon worden gezien dat de gelaagde structuur hersteld werd onder hydratatie van gecalcineerde Zn-Al LDH's in waterige oplossingen van DS (Fig. 2). Het verschijnen van diffractiepatronen bij kleine hoeken getuigde van de aanwezigheid van DS-geintercaleerde LDH's. Alle gereconstrueerde DS gemodificeerde Zn-Al LDH's bevatten ook carbonaat-geintercaleerde fase. Het moet opmerkelijk zijn dat de complete reconstructie van de gelaagde structuur alleen werd waargenomen voor ZnAl₂₁-450/DS LDH (Fig. 2a). De XRD-patronen van ZnAl ₃₁-450/DS en ZnAl ₄₁-450/DS LDH's bevatten ZnO-reflecties (Fig. 2a). Volgens [27] resulteerde de hydratatie van Zn-Al gemengde oxiden met Zn/Al verhouding 1:5 in de vorming van hydrotalcietstructuur met Zn/Al = 2, ongeacht de initiële Zn/Al verhouding. Dus, ZnAl ₃₁-450/DS, ZnAl ₄₁-450/DS LDH's bevatten een lagere hoeveelheid DS-geintercaleerde fase. De XRD-patronen van alle DS gemodificeerde LDH's verkregen uit Zn-Al gemengde oxiden gecalcineerd bij 600 °C bevatten reflecties van ZnO-fase (Fig. 2b). Het is duidelijk dat de continue vrijgave van Zn ²⁺ uit de amorfe oxide-fase leidt tot vorming van meer ZnO-nanodeeltjes met toenemende calcinatietemperatuur.

Röntgendiffractiepatronen van DS gemodificeerde Zn-Al LDH's verkregen door reconstructie van LDH's gecalcineerd bij 450 °C (a) en 600 °C (b)

De thermogravimetrische sporen opgenomen voor Zn-Al LDH's waren erg vergelijkbaar voor alle Zn/Al verhoudingen. TG, DTA en DTG curven voor de monsters met Zn/Al = 4:1 worden gepresenteerd in Fig. 3. De TGA-plot voor LDH-carbonaat (Fig. 3a) toonde het verlies van massa in de temperatuurbereiken van 60–190, 190–300, en 300–500 °C. Het massa-verlies in de eerste stap is een gemeenschappelijke kenmerk van hydrotalciet gerelateerd aan de vrijgave van fysisgeadsorbeerde en interlaag water. Het tweede massa-verlies werd toegeschreven aan de eerste stap van dehydroxylatie en de verwijdering van carbonaat-ionnen uit de interlaag. Over dit temperatuurbereik onderging de hydrotalciet decarbonaatisatie en dehydroxylatie reacties resulterend in de metaaloxiden vorming. In de derde stap van massa-verlies die plaatsvond bij hoger dan 500 °C, werd het massa-verlies herkend als de totale dehydroxylatie, en een instorting van de structuur door de verwijdering van de overgebleven interlaag anionen [28]. Het onbetekenende massa-verlies waargenomen bij 500 – 1000 °C kan toegeschreven worden aan het verlies van sommige carbonaat-anionen die sterk geadsorbeerd zijn op de gemengde oxiden kristallieten [29].

TG, DTA, en DTG curven van ZnAl₄₁ LDH (a), ZnAl₄₁-450/DS (b), ZnAl₄₁-600-1/DS (c)

De thermische decompositiestadia voor alle bestudeerde Zn-Al LDH's worden gepresenteerd in Tabel 1. Het totale massa-verlies neemt af met toenemende Zn/Al verhouding in ZnAl LDH's, aangezien materialen met lagere ladingdichtheid minder carbonaat-anionen bevatten. Bovendien, aangezien ZnAl₃₁ LDH en ZnAl₄₁ LDH de fase van ZnO bevatten, was de minder hoeveelheid metaalhydroxiden en interlaag carbonaat-ionnen aanwezig in de monsters. Dus, de processen van dehydroxylatie en decarboxylatie voor ZnAl₃₁ LDH en ZnAl₄₁ LDH waren niet zo intens als voor ZnAl₂₁ LDH.

De thermogravimetrische sporen opgenomen voor ZnAl₄₁-450/DS gepresenteerd in Fig. 3b. De eerste stap van de thermische decompositie werd toegeschreven aan het verlies van interlaag water. De tweede stap van decompositie, de dehydroxylatie van de bruciet-achtige vellen, werd vergezeld door DS-destructie. De decompositie van DS-ionnen vond plaats in het bereik van 210–250 °C [30, 31] en daarom werd een groter verlies waargenomen onder 200 °C. Het massa-verlies van DS gemodificeerde LDH's bij 300–500 °C werd toegeschreven aan de totale dehydroxylatie en de instorting van de gelaagde structuur. De toename in massa-verlies in dit stadium resulteerde uit de lading van DS, wiens decompositie gereflecteerd werd door het massa-verlies in 400–900 °C. Het massa-verlies tussen 800–900 °C kan herkend worden als SO₃ evolutie door de decompositie van (Zn, Al) sulfaat gevormd door decompositie van DS tijdens de tweede massa-verlies stadia [32].

De totale massa-verliezen voor ZnAl₃₁-450/DS en ZnAl₄₁-450/DS waren minder in vergelijking met ZnAl₂₁-450/DS wat wijst op de lagere inhoud van DS-geintercaleerde fasen in de monsters met Zn/Al verhouding 3:1 en 4:1. De aanwezigheid van ZnO-reflecties in de patronen van deze LDH's wijst op de onvolledige reconstructie van LDH onder rehydratatie van gemengde dubbele oxiden in een waterige oplossing van DS (Fig. 2a). Volgens [33] co-existeren extra-fasen in de LDH's. De as-gesynthetiseerde en gerehydrateerde Zn-Al LDH's (Zn:Al = 2:1) bevatten ongeveer 25 en 23 wt.% van een amorfe fase [33]. Auteurs vonden dat de gerehydrateerde monsters een additionele ongeveer 3 wt.% ZnO-fase (zincite) bevatten resultant van de segregatie van Zn uit de bruciet-achtige lagen. Waarschijnlijk veroorzaakte de modificatie van ZnAl₂₁ LDH's met DS de additionele vorming van de amorfe zinkhydroxide-fase. Zoals voorgesteld in [27], was er een voorlopige reactie van rehydratatie in een vroeg stadium van reconstructie van amorfe zinkhydroxide-fase en dan een rehydratatie van de Zn-Al oxiden tijdens het reconstructieproces. Mogelijk resulteerde de rehydratatie van amorfe fase in de vorming van carbonaat-geintercaleerde fase. De rehydratatie van Zn-Al oxiden in DS oplossingen leidde tot de vorming van DS-geintercaleerde fase. De massa-verliezen voor ZnAl₂₁-600-1/DS, ZnAl₃₁-600-1/DS, ZnAl₄₁-600-1/DS waren onbetekenend verschillend. Het is duidelijk dat Zn-Al LDH's gecalcineerd bij 600 °C minder amorfe fase bevatten.

De aanwezigheid van fotactieve ZnO breikt het toepassingsbereik voor LDH's en LDH-gebaseerde composieten uit, met name als fotokatalysatoren, UV-filters, kleurstof-gesensibiliseerde zonnecellen. Het effect van fasetransformaties op Zn-Al LDH's vermogen om UV-licht te absorberen werd onderzocht. De optische absorptiespectra van as-gesynthetiseerde Zn-Al LDH's, gecalcineerde Zn-Al LDH's en DS gemodificeerde Zn-Al LDH's voor monsters met Zn:Al =2:1 worden getoond in Fig. 4a, b. De reconstructie van gemengde oxiden gecalcineerd bij 450 en bij 600 °C gedurende 1u bevorderde de vorming van een additionele hoeveelheid kristallijne ZnO resulterend in de rode verschuiving van absorptieband van ZnAl₂₁-450/DS en ZnAl₂₁-600-1/DS (Fig. 4a, b). De absorptieband van ZnAl₂₁-600-2 was verschoven naar zichtbaar licht met ongeveer 35 nm. Er was geen verandering in de absorptie van gemengde oxiden met Zn:Al = 2:1 verkregen door calcinatie van LDH gedurende 5 uur (Fig. 4b).

UV-Vis spectra van Zn-Al LDH's met Zn/Al verhouding: 2:1 (a, b), 3:1 (c), 4:1 (d)

De positie van absorptieband van gemengde oxiden met Zn:Al = 3:1 was bijna vergelijkbaar voor de monsters behandeld bij 450 en 600 °C en was onafhankelijk van thermische behandelingsduur (Fig. 4c). Voor Zn-Al LDH's en gemengde oxiden met Zn:Al = 4:1, waren de absorptiebanden gelegen bij 382–390 nm (Fig. 4d).

Aangezien Al₂O₃ een wijd bandgap (5,55 eV) materiaal is, wordt de absorptie van licht in het UV-bereik veroorzaakt door ZnO aanwezig in de monsters, het bandgap waarvan is 3,37 eV [34]. De waarden van bandgap-energie (E_g) van de monsters werden berekend uit de intercept van UV–vis spectra met behulp van de vergelijking: E_g = 1240/λ [35] (Tabel 3). Onder gecalcineerde Zn-Al LDH's werd de laagste waarde van bandgap-energie waargenomen voor het monster met de hoogste inhoud van Zn (Tabel 3).

Fotokatalytische studie

Om de fotokatalytische prestaties van Zn-Al LDH's te evalueren, werd de afbraak van waterige 2*10^-5 M MB oplossing onder UV-licht uitgevoerd. De slechte lichtabsorptiecapaciteit van LDH's met Zn/Al verhouding 2:1 en 3:1 veroorzaakte de lage activiteit onder bestraling (Tabel 2).

ZnO-bevattende ZnAl₄₁ LDH's onder de andere LDH's toonden de hogere fotokatalytische activiteit in de destructie van MB. De fotokatalytische activiteit werd sterk verbeterd toen monsters gecalcineerd werden bij 450 en 600 °C door de grotere hoeveelheden ZnO-fase gevormd. De MB fotodegradatiecurven voor Zn-Al LDH's gecalcineerd bij 600 °C worden gepresenteerd in Fig. 5a. Aangezien het verschil in fotokatalytische prestaties van gecalcineerde Zn-Al LDH's veroorzaakt werd door ZnO-fase, toonden de LDH's met Zn/Al verhouding 4:1 de beste resultaten in MB fotodestructie.

Afbraakcurven van MB over gecalcineerde Zn-Al LDH's onder UV-licht bestraling (a); Absorptieveranderingen van 2*10^-5 M MB oplossing tijdens het fotodegradatieproces over ZnAl₃₁-600-1 (b)

De veranderingen in de absorptiespectra van MB oplossing over verschillende tijd van bestraling in de aanwezigheid van ZnAl₃₁-600-1 kunnen gezien worden in Fig. 5b. De pieken bij 610 en 663 nm werden toegewezen aan de absorptie van het geconjugeerde π-systeem, terwijl de pieken dichtbij 300 nm werden toegewezen aan de absorptie van de aromatische ring [36]. Het kon worden gezien dat de intensiteit van de oorspronkelijke pieken afnam met de toename van bestralingstijd. Daarnaast kon een parallelle daling in intensiteiten en lichte blauwe verschuiving van de banden gelegen bij 663 nm worden waargenomen. Dit werd veroorzaakt door de N-demethylering van de fenothiazine en zijn gelijktijdige afbraak [37]. Vergelijkbare veranderingen in optische absorptiespectra van MB werden waargenomen voor fotokatalytische systemen met alle LDH's.

DS-modificatie van Zn-Al LDH's verhoogde de affiniteit voor MB door hydrofobe interacties tussen de surfactanten en kleurstofmoleculen [26]. ZnAl₄₁-600-1/DS toonde het beste resultaat op MB-adsorptie (Tabel 3). De fotokatalytische activiteit van organo/Zn-Al LDH's was vergelijkbaar met gecalcineerde Zn-Al LDH's (Tabel 3). Een hoger niveau van MB-afbraak werd waargenomen voor de ZnAl₄₁-450/DS. De waarden van verwijdering van MB met DS gemodificeerde Zn-Al LDH's door adsorptie waren hoger dan die door fotodestructie. Dus, de adsorptieverwijdering van MB uit oplossingen met organo/Zn-Al LDH's kan verbeterd worden door toepassing van lichtbestraaling.

Waarschijnlijk is de fotodestructie van kleurstof op het oppervlak van DS gemodificeerde Zn-Al LDH's gebeurd die niet vastgelegd was onder de experimentele condities. Na evenwichtsbereiking, hadden de DS gemodificeerde Zn-Al LDH's met geadsorbeerde MB intens blauwe kleur.

Conclusies

In dit werk werden de as-gesynthetiseerde en gecalcineerde Zn–Al LDH's met verschillende kationische verhoudingen voorbereid. De verkregen materialen werden gekarakteriseerd en gebruikt voor kationische kleurstof MB verwijdering uit waterige oplossingen. De studies van MB fotodestructie onder UV-licht over zowel LDH's als gecalcineerde LDH's geven aan dat:

De fotokatalytische activiteit van Zn–Al LDH's ontstaat uit de aanwezigheid van ZnO-fase. De vorming van ZnO-fase in LDH's kan gereguleerd worden door de toename van Zn/Al verhouding in LDH's en met de temperatuurbehandeling van LDH's.

De invloed van Zn/Al verhouding op fotokatalytische activiteit van LDH's was predominant. De fotodegradatie van MB in de aanwezigheid van de as-gesynthetiseerde ZnAl₄₁ LDH en ZnAl₄₁ LDH bij 600 °C was 72 en 95%, respectievelijk. Voor gecalcineerd bij 600 °C ZnAl₃₁ LDH en ZnAl₂₁ LDH, was de fotodegradatie van MB 76 en 74%, respectievelijk.

De organo/Zn-Al LDH's toonden hoge adsorptiecapaciteit voor kationische kleurstof MB. Ze toonden ook de fotokatalytische activiteiten in de MB destructie. Daarom kan de adsorptieverwijdering van MB uit oplossingen met DS gemodificeerde Zn-Al LDH's verbeterd worden door gebruik van UV-bestraaling.