Photokatalytisch verstärkte kationische Farbstoffentfernung mit geschichteten Zn-Al-Doppelhydroxiden

Hintergrund

Die Entfernung gefährlicher organischer Farbstoffe aus Abwässern und die Sanierung von Schadstoffen in Oberflächengewässern und Grundwasser ist weltweit ein großes Problem. Zur Behandlung farbstoffhaltiger Abwässer sind mehrere traditionelle Verfahren bekannt, darunter Adsorption, Koagulation, Flockung, Ozonierung, Membranfiltration, Ionenaustausch, Oxidation und chemische Fällung [1, 2]. Die Adsorption ist eine kostengünstige Technik, die keine spezielle Einrichtung erfordert. In den letzten Jahren wurden viele Arten von Adsorbentien mit katalytischer Funktion entwickelt und zur Entfernung von Nitrat, Schwermetallen und organischen Schadstoffen aus Wasser verwendet [3,4,5].

Die Verwendung von geschichteten Doppelschichthydroxiden (LDHs) als alternative Materialien zur Entfernung organischer Farbstoffe aus wässrigen Medien wurde untersucht [6,7,8]. LDHs sind als anionische Tone und Hydrotalcit-ähnliche Materialien bekannt. Ihre Grundstruktur ähnelt der von Brucit, Mg(OH)₂ , wenn ein Bruch x zweiwertiger Kationen wird isomorph durch dreiwertige Kationen ersetzt, wodurch positiv geladene Schichten entstehen. Die chemische Zusammensetzung von LDHs wird durch die allgemeine Formel [M ²⁺ _1−x M ³⁺ _x (OH)₂ ][A ⁿ⁻ ]_x/n · zH₂ O, wobei M ²⁺ kann üblich sein; Mg ²⁺ , Zn ²⁺ , oder Ni ²⁺ , und M ³⁺ kann üblich sein; Al ³⁺ , Ga ³⁺ , Fe ³⁺ , oder Mn ³⁺ . Ein anorganisches oder organisches Anion (CO₃ .), das keine Gerüstladung ausgleicht ²⁻ , Cl ⁻ , SO₄ ²⁻ , RCO₂ ⁻ ) ist mit A ⁿ⁻ . vorzeichenbehaftet; x liegt normalerweise zwischen 0,2–0,4. LDHs-Schichten erhalten eine positive Ladung durch isomorphe Substitution von M ³⁺ für M ²⁺ , die durch Zwischenschichtanionen und Wasser kompensiert wird [9].

Die thermische Behandlung von LDHs führt zum Verlust von physisorbierten und Zwischenschicht-Wassermolekülen, OH ^- Gruppen von Schichten und ladungsausgleichende Anionen. Die Schichtstruktur kollabiert und eine Mischmetalloxid-Mischkristalllösung wird gebildet. Die Mischoxide besaßen typischerweise die großen spezifischen Oberflächen, die thermische Stabilität und die synergischen Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Metallkomponenten. Daher haben die Kalzinierungsprodukte von LDHs zahlreiche Anwendungen in verschiedenen katalytischen Prozessen gefunden [10,11,12].

Aufgrund ihrer anionischen Austauschkapazität eignen sich LDHs für die Interkalation und Sorption von anionischen Farbstoffen, jedoch nicht für kationische. Die Modifizierung der Oberfläche von LDH mit anionischen Tensiden ermöglicht es, Komposite zu erhalten, die in der Lage sind, verschiedene Arten von organischen Molekülen zu adsorbieren [13, 14]. Mit Natriumdodecylsulfat (DS) modifizierte LDHs zeigten eine extrem hohe Sorption von kationischen Farbstoffen wie Safranin [15], Methylenblau [16] und basisches Blau [17].

In letzter Zeit wurden LDHs aufgrund ihrer intrinsischen Photoreaktionseigenschaften, ihrer geringen Kosten sowie ihrer einfachen Herstellung und Modifizierung intensiv als vielversprechende heterogene Photokatalysatoren untersucht [18]. LDHs als Photokatalysatoren zeigten aufgrund der hohen Dispersion aktiver Spezies in einer geschichteten Matrix eine hohe Energieumwandlungseffizienz, was die Ladungstrennung erleichtert. Mischoxide mit halbleitenden Eigenschaften werden durch Kalzinieren geeigneter übergangsmetallhaltiger LDHs erhalten. Eine Vielzahl von Metallkationen wie Zn ²⁺ und Ti ⁴⁺ , in die Schichten eingebracht werden [19, 20]. Ihre relativen Anteile können in einem weiten Bereich variiert werden, was die Möglichkeit bietet, halbleitende Oxide mit einstellbaren Eigenschaften herzustellen. Photokatalytische Anwendungen von LDHs sind ein interessantes aufstrebendes Gebiet. Mehrere von LDH abgeleitete halbleitende Mischoxide wie Zn-Al [20], Zn-Ce, ZnFe, Zn-Cr [21], Mg-Zn-Al [22] und Zn-Ga [23] wurden untersucht zum photokatalytischen Abbau von Schadstoffen.

Abbauprodukte von Farbstoffen haben neben der unerwünschten Farbe auch eine mutagene oder krebserzeugende Wirkung auf den Menschen und können bei der Einnahme schwere Schäden an Organismen verursachen. Chlor und hypochlorige Säure, die beim Abbau entstehen, sind stark toxische Oxidationsmittel. Sie können organische Stoffe oxidieren und werden gleichzeitig zu Chlorid reduziert [25].

Die hohe Adsorptionskapazität von mit DS modifizierten Zn-Al-Zwischenschichten für Methylenblau (MB) wurde nachgewiesen [26]. Die Anwesenheit einer photoaktiven Komponente im Adsorptionsmittel kann die Effizienz von Materialien auf Zn-Al-LDH-Basis zur Entfernung von kationischem Farbstoff durch Verwendung von UV-Bestrahlung erhöhen. Daher wurden in der vorliegenden Arbeit die optimalen Bedingungen für die Herstellung von Zn-Al-LDHs zur Entfernung von kationischen Farbstoffen wie MB durch Adsorption und Photozerstörung bestimmt.

Methoden

Synthese von Zn-Al-LDHs

Alle Chemikalien waren von analytischer Qualität und wurden ohne weitere Reinigung verwendet. Zn-Al-LDHs mit Carbonat als Zwischenschichtanion mit [Zn]:[Al] = 1:2 wurden durch eine Copräzipitationsmethode bei einem konstanten pH ähnlich [9] synthetisiert. Die erste Lösung mit Na₂ CO₃ (0,5 M) und NaOH (1,5 M) wurde erhalten. Die zweite Lösung enthält eine Mischung von Metallnitraten von Zn(NO₃ )₂ ∙6H₂ O und Al(NO₃ )₃ ∙9H₂ O (Gesamtmetallkonzentration betrug 0,6 M, das Molverhältnis von Zn/Al 2:1, 3:1, 4:1) wurde hergestellt und tropfenweise unter Rühren zu der ersten Lösung gegeben. Der pH wurde durch Zugabe von NaOH auf 10 eingestellt. Sobald die Zugabe abgeschlossen war, wurde die Temperatur auf 85  ^o . erhöht Die Aufschlämmung wurde 6 h bei dieser Temperatur unter kontinuierlichem Rühren gehalten. Danach wurde die Aufschlämmung innerhalb mehrerer Stunden auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Produkt wurde durch Filtration isoliert und mehrmals mit entionisiertem Wasser bis pH 7 gewaschen. Danach wurde der Feststoff bei 100 °C getrocknet. Die Proben wurden als ZnAl₂₁ . gekennzeichnet LDH, ZnAl₃₁ LDH und ZnAl₄₁ LDH.

Die oben synthetisierten Zn-Al-LDHs wurden bei 450 °C für 2 h und bei 600 °C für 1, 2 und 5 h in Luft kalziniert. Die Proben wurden als ZnAl₂₁ . gekennzeichnet -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.

Die Zn-Al-LDHs wurden mit Natriumdodecylsulfat CH₃ . modifiziert (CH₂ )₁₁ SO₄ Na durch Rekonstruktionsmethode. Die Suspensionen von 1 g kalzinierten LDHs und 50 ml 0,05 M DS wässriger Lösungen wurden 24 h bei Raumtemperatur gerührt. Die erhaltenen Verbundwerkstoffe wurden als ZnAl ₂₁ . bezeichnet -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.

Charakterisierung

XRD-Muster der Proben wurden mit einem DRON-4-07-Diffraktometer (Burevestnik Inc., St. Petersburg, Russland) aufgezeichnet (CuK_α Strahlung). Die thermogravimetrische Analyse (TGA) und die Differentialthermoanalyse (DTA) wurden unter Verwendung des Derivatograph Q-1500 D-Geräts (MOM, Ungarn) durchgeführt, das in strömender Luft mit einer Heizrate von 10°min ^–1 . betrieben wurde . Diffuse Reflexionsspektren wurden mit einem Lambda 35 UV-Vis (Perkin Elmer, Deutschland)-Spektrometer erhalten, das mit einem integrierenden Labsphere RSA-PR-20 im Wellenlängenbereich von 200-1000 nm ausgestattet war. Die UV-Vis-Spektren der Lösungen wurden mit einem Lambda 35 UV-Vis-Spektrometer (Perkin Elmer, Deutschland) aufgenommen.

Photokatalytisches Experiment

0,020 g Zn-Al-LDHs wurden in 40 ml 9 × 10 ^-5 . dispergiert M (für kalzinierte LDHs) und 10 ^-4 M (für DS-modifizierte LDHs) MB wässrige Lösung im Quarzreaktor. Vor der Belichtung wurden die Suspensionen 1 h (kalzinierte LDHs) bzw. 24 h (DS-modifizierte LDHs) im Dunkeln gerührt, um ein Adsorptions-Desorptions-Gleichgewicht zwischen Photokatalysator und MB-Molekülen zu erreichen. Anschließend wurde die Lösung 3 h mit einer Quecksilberdampflampe bestrahlt (λ_max = 365 nm) unter magnetischem Rühren. In bestimmten Zeitintervallen wurde die Lösung durch Messung der Absorptionsspektren unter Verwendung einer UV-Vis-Spektrometrie analysiert.

Ergebnisse und Diskussionen

Charakterisierung

Das XRD-Muster für die wie synthetisierten Zn-Al-LDHs mit den unterschiedlichen Zn ²⁺ /Al ³⁺ kationisches Verhältnis sind in Abb. 1a dargestellt. Die Hydrotalcit-ähnliche Struktur wurde für alle kationischen Verhältnisse gebildet. Die XRD-Muster zeigen die charakteristischen Reflexionen bezüglich der geschichteten Doppelhydroxide. Im ZnAl₄₁ . war eine zusätzliche ZnO-Phase vorhanden LDH, wie durch die XRD-Muster angezeigt. Die 2θ-Peaks bei 31,9°, 34° und 36,2° gehören zur ZnO-Phase, die auf der brucitartigen Plattenoberfläche gebildet wurde. Alle Reflexionen sind scharf und weisen auf ein hochkristallines Material hin.

Röntgenbeugungsmuster von Zn-Al-LDHs im Synthesezustand (a ) und kalziniert:ZnAl₂₁ LDH (b ), ZnAl₃₁ LDH (c ), ZnAl₄₁ LDH (d )

Die Analyse der XRD-Muster der kalzinierten Derivate zeigte, dass die Schichtstruktur der ursprünglichen LDHs vollständig zerstört wurde, was auf eine fast vollständige Zersetzung der ursprünglichen LDHs und die Eliminierung der meisten Zwischenschicht-Carbonatanionen und Wasser hindeutet (Abb. 1b–d). Alle Reflexe konnten perfekt als hexagonale Wurtzit-Struktur ZnO indiziert werden. Keine charakteristischen Reflexionen entsprechend Al₂ O₃ Phasen wurden in den XRD-Mustern beobachtet. Es muss beachtet werden, dass der höhere Kristallinitätsgrad von ZnO mit zunehmendem Zn ²⁺ . verbessert wurde /Al ³⁺ kationisches Verhältnis.

Es ist bekannt, dass die Hydratation von kalzinierten Zn-Al-LDHs in wässriger Suspension zum Wiederaufbau der Hydrotalcitphase führt [9]. Es war zu sehen, dass die Schichtstruktur unter Hydratation von kalzinierten Zn-Al-LDHs in wässrigen Lösungen von DS wiederhergestellt wurde (Abb. 2). Das Auftreten von Beugungsmustern bei kleinen Winkeln belegt das Vorhandensein von DS-interkalierten LDHs. Alle rekonstruierten DS-modifizierten Zn-Al-LDHs enthielten auch eine Carbonat-interkalierte Phase. Bemerkenswert ist, dass die vollständige Rekonstruktion der Schichtstruktur nur für ZnAl₂₁ . beobachtet wurde -450/DS LDH (Abb. 2a). Die XRD-Muster von ZnAl ₃₁ -450/DS und ZnAl ₄₁ -450/DS-LDHs enthielten ZnO-Reflexionen (Abb. 2a). Nach [27] führte die Hydratation von Zn-Al-Mischoxiden mit einem Zn/Al-Verhältnis von 1:5 zur Bildung einer Hydrotalcit-Struktur mit Zn/Al = 2, unabhängig vom anfänglichen Zn/Al-Verhältnis. Also, ZnAl ₃₁ -450/DS, ZnAl ₄₁ -450/DS-LDHs enthielten eine geringere Menge an DS-interkalierter Phase. Die XRD-Muster aller DS-modifizierten LDHs, die aus bei 600 °C kalzinierten Zn-Al-Mischoxiden erhalten wurden, enthielten Reflexionen der ZnO-Phase (Abb. 2b). Offensichtlich ist die kontinuierliche Freisetzung von Zn ²⁺ aus der amorphen Oxidphase führte mit steigender Kalzinierungstemperatur zur Bildung von mehr ZnO-Nanopartikeln.

Röntgenbeugungsmuster von DS-modifizierten Zn-Al-LDHs, erhalten durch Rekonstruktion von  LDHs, die bei 450 °C kalziniert wurden (a ) und 600 °C (b )

Die für Zn-Al-LDHs aufgezeichneten thermogravimetrischen Spuren waren für alle Zn/Al-Verhältnisse sehr ähnlich. TG-, DTA- und DTG-Kurven für die Proben mit Zn/Al = 4:1 sind in Abb. 3 dargestellt. Der TGA-Plot für LDH-Karbonat (Abb. 3a) zeigt den Masseverlust im Temperaturbereich von 60–190, 190–300 und 300–500 °C. Der Massenverlust im ersten Schritt ist ein gemeinsames Merkmal von Hydrotalcit im Zusammenhang mit der Freisetzung von physisorbiertem Wasser und Zwischenschichtwasser. Der zweite Massenverlust wurde dem ersten Schritt der Dehydroxylierung und der Entfernung von Carbonationen aus der Zwischenschicht zugeschrieben. Über diesen Temperaturbereich durchlief der Hydrotalcit Dekarbonatisierungs- und Dehydroxylierungsreaktionen, die zur Bildung von Metalloxiden führten. Im dritten Schritt des Massenverlusts, der bei mehr als 500 °C auftrat, wurde der Massenverlust als vollständige Dehydroxylierung und als Zusammenbruch der Struktur aufgrund der Entfernung der verbleibenden Zwischenschichtanionen erkannt [28]. Der bei 500 – 1000 °C beobachtete unbedeutende Massenverlust ist auf den Verlust einiger Carbonatanionen zurückzuführen, die stark an den Mischoxidkristalliten adsorbiert sind [29].

TG-, DTA- und DTG-Kurven von ZnAl₄₁ LDH (a ), ZnAl₄₁ -450/DS (b ), ZnAl₄₁ -600-1/DS (c )

Die thermischen Zersetzungsstufen für alle untersuchten Zn-Al-LDHs sind in Tabelle 1 dargestellt. Der Gesamtmassenverlust nimmt mit zunehmendem Zn/Al-Verhältnis in ZnAl-LDHs ab, da die Materialien mit geringerer Ladungsdichte weniger Carbonatanionen enthalten. Zusätzlich als ZnAl₃₁ LDH und ZnAl₄₁ LDH enthielt die ZnO-Phase, je weniger Metallhydroxide und Zwischenschicht-Carbonationen in den Proben vorhanden waren. Also die Prozesse der Dehydroxylierung und Decarboxylierung für ZnAl₃₁ LDH und ZnAl₄₁ LDH waren nicht so intensiv wie bei ZnAl₂₁ LDH.

Die aufgezeichneten thermogravimetrischen Spuren für ZnAl₄₁ -450/DS, dargestellt in Abb. 3b. Der erste Schritt der thermischen Zersetzung wurde dem Verlust von Zwischenschichtwasser zugeschrieben. Der zweite Zersetzungsschritt, die Dehydroxylierung der brucitartigen Schichten, wurde von einer DS-Zerstörung begleitet. Die Zersetzung von DS-Ionen fand im Bereich von 210–250 °C statt [30, 31] und daher wurde unterhalb von 200 °C ein größerer Verlust beobachtet. Der Massenverlust von DS-modifizierten LDHs bei 300–500 °C wurde der vollständigen Dehydroxylierung und dem Zusammenbruch der Schichtstruktur zugeschrieben. Die Zunahme des Massenverlusts in dieser Stufe resultierte aus der Beladung mit DS, deren Zersetzung sich im Massenverlust bei 400–900 °C widerspiegelte. Der Massenverlust zwischen 800–900 °C konnte als SO₃ . erkannt werden Entwicklung aufgrund der Zersetzung von (Zn, Al)-Sulfat, das durch Zersetzung von DS während der zweiten Massenverluststufe gebildet wird [32].

Die gesamten Massenverluste für ZnAl₃₁ -450/DS und ZnAl₄₁ -450/DS waren weniger im Vergleich zu ZnAl₂₁ -450/DS wies auf den geringeren Gehalt an DS- interkalierten Phasen in den Proben mit einem Zn/Al-Verhältnis von 3:1 und 4:1 hin. Das Vorhandensein von ZnO-Reflexen in den Mustern dieser LDHs deutete auf die unvollständige Rekonstruktion von LDH unter Rehydratisierung gemischter Doppeloxide in einer wässrigen Lösung von DS hin (Abb. 2a). Nach [33] koexistieren die Extraphasen in den LDHs. Die synthetisierten und rehydratisierten Zn-Al-LDHs (Zn:Al = 2:1) enthielten ungefähr 25 und 23 Gew.% einer amorphen Phase [33]. Die Autoren fanden heraus, dass die rehydratisierten Proben zusätzlich etwa 3 Gew. % der ZnO-Phase (Zinkit) resultiert aus der Abscheidung von Zn aus den brucitartigen Schichten. Wahrscheinlich die Modifikation von ZnAl₂₁ LDHs mit DS verursachten die zusätzliche Bildung der amorphen Zinkhydroxidphase. Wie in [27] vorgeschlagen, gab es eine Vorreaktion der Rehydratisierung in einem frühen Stadium der Rekonstruktion der amorphen Zinkhydroxidphase und dann eine Rehydratation der Zn-Al-Oxide während des Rekonstruktionsprozesses. Möglicherweise führte die Rehydratisierung der amorphen Phase zur Bildung einer mit Carbonat interkalierten Phase. Die Rehydratisierung von Zn-Al-Oxiden in DS-Lösungen führte zur Bildung einer DS-interkalierten Phase. Die Massenverluste für ZnAl₂₁ -600-1/DS, ZnAl₃₁ -600-1/DS, ZnAl₄₁ -600-1/DS waren unwesentlich anders. Offensichtlich enthielten bei 600 °C kalzinierte Zn-Al-LDHs weniger amorphe Phase.

Die Anwesenheit von photoaktivem ZnO erweitert das Anwendungsspektrum von LDHs und LDH-basierten Kompositen, insbesondere als Photokatalysatoren, UV-Filter, farbstoffsensibilisierte Solarzellen. Die Wirkung von Phasenumwandlungen auf die Fähigkeit von Zn-Al-LDHs, UV-Licht zu absorbieren, wurde untersucht. Die optischen Absorptionsspektren von wie synthetisierten Zn-Al-LDHs, kalzinierten Zn-Al-LDHs und DS-modifizierten Zn-Al-LDHs für Proben mit Zn:Al =2:1 sind in Abb. 4a, b gezeigt. Die Rekonstruktion von Mischoxiden, die bei 450 und 600 °C für 1 Stunde kalziniert wurden, förderte die Bildung einer zusätzlichen Menge an kristallinem ZnO, was zu einer Rotverschiebung der Absorptionsbande von ZnAl₂₁ . führte -450/DS und ZnAl₂₁ -600-1/DS (Abb. 4a, b). Die Absorptionsbande von ZnAl₂₁ -600-2 wurde um ungefähr 35 nm zu sichtbarem Licht verschoben. Es gab keine Änderung der Extinktion von Mischoxiden mit Zn:Al = 2:1, erhalten durch Calcinieren von LDH für 5 h (Abb. 4b).

UV-Vis-Spektren von Zn-Al-LDHs mit Zn/Al-Verhältnis:2:1 (a , b ), 3:1 (c ), 4:1 (d )

Die Position der Absorptionsbande von Mischoxiden mit Zn:Al = 3:1 war für die bei 450 und 600 °C behandelten Proben fast ähnlich und war unabhängig von der Dauer der thermischen Behandlung (Abb. 4c). Für Zn-Al-LDHs und Mischoxide mit Zn:Al = 4:1 lagen die Absorptionsbanden bei 382–390 nm (Abb. 4d).

Da Al₂ O₃ ist ein Material mit großer Bandlücke (5,55 eV), dessen Lichtabsorption im UV-Bereich durch das in den Proben vorhandene ZnO verursacht wird, dessen Bandlücke 3,37 eV beträgt [34]. Die Werte der Bandlückenenergie (E_g ) der Proben wurden aus dem Schnittpunkt der UV-Vis-Spektren mit der Gleichung berechnet:E_g = 1240/λ [35] (Tabelle 3). Unter den kalzinierten Zn-Al-LDHs wurde der niedrigste Wert der Bandlückenenergie für die Probe mit dem höchsten Zn-Gehalt beobachtet (Tabelle 3).

Photokatalytische Studie

Um die photokatalytische Leistung von Zn-Al-LDHs zu bewerten, wurde der Abbau von wässrigen 2*10 ^-5 Es wurde eine M MB-Lösung unter UV-Licht durchgeführt. Die geringe Lichtabsorptionsfähigkeit von LDHs mit einem Zn/Al-Verhältnis von 2:1 und 3:1 verursachte ihre geringe Aktivität unter Bestrahlung (Tabelle 2).

ZnO-haltiges ZnAl₄₁ LDHs unter den anderen LDHs zeigten die höhere photokatalytische Aktivität bei der Zerstörung von MB. Die photokatalytische Aktivität wurde aufgrund der größeren Mengen an gebildeter ZnO-Phase stark verbessert, wenn Proben bei 450 und 600 °C kalziniert wurden. Die MB-Photoabbaukurven für Zn-Al-LDHs, die bei 600 °C kalziniert wurden, sind in Abb. 5a dargestellt. Da der Unterschied in der photokatalytischen Leistung von kalzinierten Zn-Al-LDHs durch die ZnO-Phase verursacht wurde, zeigten die LDHs mit einem Zn/Al-Verhältnis von 4:1 die besten Ergebnisse bei der MB-Photozerstörung.

Abbaukurven von MB über kalzinierten Zn-Al-LDHs unter UV-Licht-Bestrahlung (a ); Absorptionsänderungen von 2*10 ^–5 M MB-Lösung während des Photoabbauprozesses über ZnAl₃₁ -600-1 (b )

Die Änderungen der Absorptionsspektren der MB-Lösung über verschiedene Bestrahlungszeiten in Gegenwart von ZnAl₃₁ -600-1 ist in Abb. 5b zu sehen. Die Peaks bei 610 und 663 nm wurden der Absorption des konjugierten -Systems zugeordnet, während die Peaks bei 300 nm der Absorption des aromatischen Rings zugeordnet wurden [36]. Es war ersichtlich, dass die Intensität der ursprünglichen Peaks mit zunehmender Bestrahlungszeit abnahm. Daneben konnte auch eine parallele Abnahme der Intensitäten und eine leichte Blauverschiebung der Banden bei 663 nm beobachtet werden. Sie wurde durch die N-Demethylierung des Phenothiazins und dessen gleichzeitigen Abbau verursacht [37]. Ähnliche Veränderungen der optischen Absorptionsspektren von MB wurden für photokatalytische Systeme mit allen LDHs beobachtet.

Die DS-Modifikation von Zn-Al-LDHs erhöhte ihre Affinität für MB aufgrund hydrophober Wechselwirkungen zwischen den Tensiden und Farbstoffmolekülen [26]. ZnAl₄₁ -600-1/DS zeigte das beste Ergebnis bei der MB-Adsorption (Tabelle 3). Die photokatalytische Aktivität von Organo/Zn-Al-LDHs war vergleichbar mit der von kalzinierten Zn-Al-LDHs (Tabelle 3). Der höhere MB-Abbau wurde für ZnAl₄₁ . beobachtet -450/DS. Die Werte der Entfernung von MB mit DS-modifizierten Zn-Al-LDHs durch Adsorption waren höher als die durch Photozerstörung. So konnte die Adsorptionsentfernung von MB mit Organo/Zn-Al-LDHs durch Anwendung von Lichtbestrahlung verbessert werden.

Wahrscheinlich fand die Photozerstörung des Farbstoffs auf der Oberfläche von DS-modifizierten Zn-Al-LDHs statt, die unter den experimentellen Bedingungen nicht fixiert wurde. Nach Erreichen des Gleichgewichts hatten die DS-modifizierten Zn-Al-LDHs mit adsorbiertem MB eine intensive blaue Farbe.

Schlussfolgerungen

In dieser Arbeit wurden die synthetisierten und kalzinierten Zn-Al-LDHs mit unterschiedlichen Kationenverhältnissen hergestellt. Die erhaltenen Materialien wurden charakterisiert und zur Entfernung von kationischem Farbstoff-MB aus wässrigen Lösungen verwendet. Die Studien der MB-Photodestruktion unter UV-Licht über LDHs und kalzinierten LDHs zeigen, dass:

Die photokatalytische Aktivität von Zn-Al-LDHs wurde auf die Anwesenheit der ZnO-Phase zurückgeführt. Die Bildung der ZnO-Phase in LDHs könnte durch die Erhöhung des Zn/Al-Verhältnisses in LDHs und durch die Temperaturbehandlung von LDHs reguliert werden.

Der Einfluss des Zn/Al-Verhältnisses auf die photokatalytische Aktivität von LDHs war vorherrschend. Der Photoabbau von MB in der Gegenwart des synthetisierten ZnAl₄₁ LDH und ZnAl₄₁ Die LDH bei 600 °C betrug 72 bzw. 95 %. Für bei 600 °C kalziniertes ZnAl₃₁ LDH und ZnAl₂₁ LDH betrug die Photodegradation von MB 76 bzw. 74 %.

Die Organo/Zn-Al-LDHs zeigten eine hohe Adsorptionskapazität für den kationischen Farbstoff MB. Sie demonstrierten auch die photokatalytischen Aktivitäten bei der MB-Zerstörung. Daher konnte die Adsorptionsentfernung von MB aus Lösungen mit DS-modifizierten Zn-Al-LDHs durch UV-Bestrahlung verbessert werden.