Effiziente Photokatalytische Entfernung Kationischer Farbstoffe mit Kalzinierten Zn-Al-Schichtigen Doppelten Hydroxiden

Zusammenfassung

Kalzinierte und organomodifizierte Zn-Al-Schichtige Doppelte Hydroxide (LDHs) wurden als Adsorbentien und Photokatalysatoren zur Entfernung kationischer Farbstoffe, namentlich Methylenblau (MB), untersucht. Zn-Al-LDHs mit einem kationischen Verhältnis von 2:4 wurden durch das Ko-Fällungsverfahren erhalten. Die as-synthetisierten Proben wurden bei verschiedenen Temperaturen kalziniert, und die Phasentransformationen wurden durch XRD, TG/DTG und UV-Vis-DR-Methoden untersucht. Die Aktivität der as-synthetisierten und kalzinierten Zn-Al-LDHs unter UV-Licht wurde dem Vorhandensein der ZnO-Phase zugeschrieben. Die Menge an ZnO in LDHs kann durch Variation des Zn/Al-Verhältnisses und der Heiztemperatur reguliert werden. Der Einfluss des Zn/Al-Verhältnisses auf die photokatalytische Aktivität der LDHs war vorherrschend. Die kalzinierten Zn-Al-LDHs zeigten eine geringe Adsorption von MB. Die Modifikation der ZnAl-LDHs mit Natriumdodecylsulfat erfolgte mittels Rekonstruktionsmethode. Die Organo/LDH-Nanohybride demonstrierten hohe Adsorptionskapazität für MB. Die Entfernung von MB aus Lösungen mit Organo/Zn-Al-LDHs wurde durch UV-Licht aufgrund der MB-Photodestruktion verstärkt.

Hintergrund

Die Entfernung gefährlicher organischer Farbstoffe aus Abwasser und die Sanierung von Verunreinigungen in Oberflächenwasser und Grundwasser ist ein weltweites Problem. Mehrere traditionelle Methoden einschließlich Adsorption, Koagulation, Flockung, Ozonierung, Membranfiltration, Ionenaustausch, Oxidation und chemische Fällung sind für die Behandlung farbstoffhaltiger Abwässer bekannt. Adsorption ist eine kostengünstige Technik, die keine spezielle Ausrüstung erfordert. In jüngeren Jahren wurden viele Arten von Adsorbentien mit katalytischer Funktion entwickelt und zur Entfernung von Nitrat, Schwermetallen und organischen Schadstoffen aus Wasser eingesetzt.

Der Einsatz von Schichtigen Doppelten Hydroxiden (LDHs) als alternative Materialien zur Entfernung organischer Farbstoffe aus wässrigen Medien wurde erforscht. LDHs sind als anionische Tone und Hydrotalcit-ähnliche Materialien bekannt. Ihre Grundstruktur ähnelt der von Brucit, Mg(OH)₂, wenn ein Bruchteil x der zweiwertigen Kationen isomorph durch dreiwertige Kationen ersetzt wird, was positiv geladene Schichten ergibt. Die chemische Zusammensetzung von LDHs wird durch die allgemeine Formel [M²⁺₁₋ₓM³⁺ₓ(OH)₂][Aⁿ⁻]ₓ/ₙ · zH₂O ausgedrückt, wobei M²⁺ Mg²⁺, Zn²⁺ oder Ni²⁺ sein kann und M³⁺ Al³⁺, Ga³⁺, Fe³⁺ oder Mn³⁺ sein kann. Ein nicht-gerüstbildendes ladungskompensierendes anorganisches oder organisches Anion (CO₃²⁻, Cl⁻, SO₄²⁻, RCO₂⁻) wird als Aⁿ⁻ bezeichnet; x liegt normalerweise zwischen 0,2–0,4. LDH-Schichten erlangen eine positive Ladung durch isomorphe Substitution von M³⁺ für M²⁺, die durch Zwischenschichtanionen und Wasser kompensiert wird.

Die thermische Behandlung von LDHs führt zum Verlust von physisch adsorbierten und Zwischenschicht-Wassermolekülen, OH⁻-Gruppen der Schichten und ladungsausgleichenden Anionen. Die Schichtstruktur kollabiert, und eine Mischmetalloxid-Festkörperlösung entsteht. Die gemischten Oxide besitzen typischerweise große spezifische Oberflächen, thermische Stabilität und synergistische Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Metallkomponenten. Daher haben LDHs-Kalzinierungsprodukte zahlreiche Anwendungen in verschiedenen katalytischen Prozessen gefunden.

Aufgrund ihrer Anionenaustauschkapazität eignen sich LDHs für die Interkalation anionischer Farbstoffe und Sorptionsprozesse, sind jedoch nicht für kationische anwendbar. Die Modifikation der LDH-Oberfläche mit anionischen Tensiden ermöglicht die Erstellung von Kompositen, die verschiedene Arten organischer Moleküle adsorbieren können. Natriumdodecylsulfat (DS) modifizierte LDHs demonstrierten extrem hohe Sorptionskapazität für kationische Farbstoffe wie Safranin, Methylenblau und Basischblau.

Kürzlich wurden LDHs intensiv als vielversprechende heterogene Photokatalysatoren untersucht aufgrund ihrer intrinsischen Photoantwort-Eigenschaften, niedrigen Kosten sowie einfacher Herstellung und Modifikation. LDHs als Photokatalysatoren zeigten große Energieumwandlungseffizienz als Ergebnis der hohen Dispersion aktiver Spezies in einer geschichteten Matrix, was die Ladungstrennung erleichtert. Gemischte Oxide mit Halbleitereigenschaften werden durch Kalzinierung geeigneter Übergangsmetall-haltiger LDHs erhalten. Eine Vielzahl von Metallkationen wie Zn²⁺ und Ti⁴⁺ können in die Schichten eingeführt werden. Ihre relativen Anteile können in weitem Bereich variiert werden, was die Herstellung von Halbleiteroxiden mit einstellbaren Eigenschaften ermöglicht. Photokatalytische Anwendungen von LDHs sind ein interessantes aufstrebendes Feld. Mehrere Halbleitende gemischte Oxide, die aus LDH abgeleitet sind, wie Zn-Al, Zn-Ce, ZnFe, Zn-Cr, Mg-Zn-Al und Zn-Ga, wurden für die photokatalytische Zersetzung von Verunreinigungen untersucht.

Neben der unerwünschten Farbe weisen Zersetzungsprodukte von Farbstoffen auch mutagene oder kanzerogene Auswirkungen auf den Menschen auf, und ihre Aufnahme kann Organismen schweren Schaden zufügen. Chlor und Hypochlorsäure, die während der Zersetzung entstehen, sind starke toxische Oxidationsmittel. Sie können organische Stoffe oxidieren und werden gleichzeitig zu Chlorid reduziert. Als wichtiges Basisfarbstoff für den Druck von Kaliko, Färben von Baumwolle und Leder kann MB verschiedene schädliche Auswirkungen wie Augenverbrennungen, Reizungen des Magen-Darm-Trakts und der Haut verursachen.

Die hohe Adsorptionskapazität von Zn-Al-Zwischenschichten, modifiziert mit DS, für Methylenblau (MB) wurde demonstriert. Das Vorhandensein einer photoaktiven Komponente im Adsorbens kann die Effizienz von Zn-Al-LDH-basierten Materialien zur Entfernung kationischer Farbstoffe durch UV-Bestrahlung erhöhen. Daher wurden in der vorliegenden Arbeit die optimalen Bedingungen für die Herstellung von Zn-Al-LDHs zur Entfernung kationischer Farbstoffe wie MB durch Adsorption und Photodestruktion bestimmt.

Methoden

Synthese von Zn-Al-LDHs

Alle Chemikalien waren analytischer Grad und wurden ohne weitere Reinigung verwendet. Zn-Al-LDHs mit Carbonat als Zwischenschichtanion, mit [Zn]:[Al] = 1:2, wurden durch Ko-Fällungsmethode bei konstantem pH ähnlich wie in [9] synthetisiert. Die erste Lösung enthielt Na₂CO₃ (0,5 M) und NaOH (1,5 M). Die zweite Lösung enthielt ein Gemisch aus Metallnitraten Zn(NO₃)₂·6H₂O und Al(NO₃)₃·9H₂O (gesamte Metallkonzentration 0,6 M, molares Verhältnis Zn/Al 2:1, 3:1, 4:1) und wurde tropfenweise unter Rühren zur ersten Lösung gegeben. Der pH-Wert wurde durch Zugabe von NaOH auf 10 eingestellt. Nach Abschluss der Zugabe wurde die Temperatur auf 85 °C erhöht und der Schlamm 6 h bei dieser Temperatur unter kontinuierlichem Rühren gehalten. Danach wurde der Schlamm innerhalb mehrerer Stunden auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Produkt wurde durch Filtration isoliert und mehrmals mit deionisiertem Wasser bis pH 7 gewaschen. Anschließend wurde der Feststoff bei 100 °C getrocknet. Die Proben wurden als ZnAl₂₁ LDH, ZnAl₃₁ LDH und ZnAl₄₁ LDH bezeichnet.

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 ZnAl₂₁-450, ZnAl₃₁-450, ZnAl₄₁-450, ZnAl₂₁-600-1, ZnAl₃₁-600-1, ZnAl₄₁-600-1, ZnAl₂₁-600-2, ZnAl₃₁-600-2, ZnAl₄₁-600-2, ZnAl₂₁-600-5, ZnAl₃₁-600-5, ZnAl₄₁-600-5 bezeichnet.

Die Zn-Al-LDHs wurden mit Natriumdodecylsulfat CH₃(CH₂)₁₁SO₄Na durch Rekonstruktionsmethode modifiziert. Suspensionen von 1 g kalzinierten LDHs und 50 ml 0,05 M DS wässriger Lösung wurden 24 h bei Raumtemperatur gerührt. Die erhaltenen Komposite wurden als ZnAl₂₁-450/DS, ZnAl₃₁-450/DS, ZnAl₄₁-450/DS, ZnAl₂₁-600-1/DS, ZnAl₃₁-600-1/DS, ZnAl₄₁-600-1/DS bezeichnet.

Charakterisierung

XRD-Muster der Proben wurden mit einem DRON-4-07 Diffraktometer (Burevestnik Inc., St. Petersburg, Russland), (CuKα-Strahlung) aufgezeichnet. Thermogravimetrische Analyse (TGA) und Differentielle Thermische Analyse (DTA) wurden mit einem Derivatograph Q-1500 D Apparat (MOM, Ungarn) in fließender Luft bei einer Heizrate von 10 °C/min durchgeführt. Diffusreflexionsspektren wurden mit einem Lambda 35 UV-Vis (Perkin Elmer, Deutschland) Spektrometer mit integrierender Labsphere RSA-PR-20 im Wellenlängenbereich 200–1000 nm erhalten. 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 M (für kalzinierte LDHs) und 10⁻⁴ M (für DS-modifizierte LDHs) MB wässriger Lösung im Quarzreaktor dispergiert. Vor der Bestrahlung wurden die Suspensionen 1 h (kalzinierte LDHs) und 24 h (DS-modifizierte LDHs) im Dunkeln unter Rühren gehalten, um ein Adsorptions-Desorptions-Gleichgewicht zwischen Photokatalysator und MB-Molekülen zu erreichen. Anschließend wurde die Lösung 3 h mit einer Quecksilberdampflampe (λ_max = 365 nm) unter magnetischem Rühren bestrahlt. Zu gegebenen Zeitintervallen wurde die Lösung durch Messung der Absorptionsspektren mit UV-Vis-Spektrometrie analysiert.

Ergebnisse und Diskussion

Charakterisierung

Die XRD-Muster der as-synthetisierten Zn-Al-LDHs mit unterschiedlichen Zn²⁺/Al³⁺-kationischen Verhältnissen sind in Abb. 1a dargestellt. Die Hydrotalcit-ähnliche Struktur wurde für alle kationischen Verhältnisse gebildet. Die XRD-Muster zeigen die charakteristischen Reflexionen der Schichtigen Doppelhydroxide. Eine zusätzliche ZnO-Phase war in ZnAl₄₁ LDH vorhanden, wie durch die XRD-Muster angezeigt. Die 2θ-Peaks bei 31,9°, 34° und 36,2° gehören zur ZnO-Phase, die auf der Brucit-ähnlichen Schichtoberfläche gebildet wird. Alle Reflexionen sind scharf, was auf ein hochkristallines Material hinweist.

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 Eliminierung der meisten Zwischenschicht-Carbonatanionen und Wasser hinweist (Abb. 1b–d). Alle Reflexionen konnten perfekt als hexagonale Wurtzit-Struktur ZnO indiziert werden. Keine charakteristischen Reflexionen entsprechender Al₂O₃-Phasen wurden in den XRD-Mustern beobachtet. Es sei angemerkt, dass der höhere Kristallinitätsgrad von ZnO mit zunehmendem Zn²⁺/Al³⁺-kationischem Verhältnis verbessert wurde.

Es ist bekannt, dass die Hydratation kalzinierter Zn-Al-LDHs in wässriger Suspension zur Rekonstruktion der Hydrotalcit-Phase führt. Man konnte sehen, dass die Schichtstruktur unter Hydratation kalzinierter Zn-Al-LDHs in wässrigen DS-Lösungen wiederhergestellt wurde (Abb. 2). Das Erscheinen von Beugungsmustern bei kleinen Winkeln belegt das Vorhandensein von DS-interkalierten LDHs. Alle rekonstruierten DS-modifizierten Zn-Al-LDHs enthielten auch carbonat-interkalierte Phasen. Bemerkenswert ist, dass die vollständige Rekonstruktion der Schichtstruktur nur für ZnAl₂₁-450/DS LDH beobachtet wurde (Abb. 2a). Die XRD-Muster von ZnAl₃₁-450/DS und ZnAl₄₁-450/DS LDHs enthielten ZnO-Reflexionen (Abb. 2a). Laut [27] führte die Hydratation von Zn-Al-Mischoxiden mit Zn/Al-Verhältnis 1:5 zur Bildung einer Hydrotalcit-Struktur mit Zn/Al = 2, unabhängig vom ursprünglichen Zn/Al-Verhältnis. Daher enthielten ZnAl₃₁-450/DS, ZnAl₄₁-450/DS LDHs eine geringere Menge an DS-interkalierter Phase. Die XRD-Muster aller DS-modifizierten LDHs, die aus Zn-Al-Mischoxiden kalziniert bei 600 °C gewonnen wurden, enthielten Reflexionen der ZnO-Phase (Abb. 2b). Offensichtlich führte die kontinuierliche Freisetzung von Zn²⁺ aus der amorphen Oxidphase zur Bildung von mehr ZnO-Nanopartikeln mit steigender Kalzinierungstemperatur.

Die thermogravimetrischen Spuren für Zn-Al-LDHs waren für alle Zn/Al-Verhältnisse sehr ähnlich. TG, DTA und DTG-Kurven für Proben mit Zn/Al = 4:1 sind in Abb. 3 dargestellt. Der TGA-Plot für LDH-Carbonat (Abb. 3a) zeigte Massenverlust in den Temperaturbereichen 60–190, 190–300 und 300–500 °C. Der Massenverlust im ersten Schritt ist eine gemeinsame Eigenschaft von Hydrotalcit im Zusammenhang mit der Freisetzung von physisch adsorbiertem und Zwischenschichtwasser. Der zweite Massenverlust wurde der ersten Stufe der Dehydroxylierung und der Entfernung von Carbonationen aus der Zwischenschicht zugeschrieben. In diesem Temperaturbereich durchlief der Hydrotalcit Decarbonatisierungs- und Dehydroxylierungsreaktionen, was zur Metalloxidbildung führte. Im dritten Schritt des Massenverlusts, der bei über 500 °C auftrat, wurde der Massenverlust als vollständige Dehydroxylierung und Kollaps der Struktur aufgrund der Entfernung der verbleibenden Zwischenschichtanionen erkannt. Der unbedeutende Massenverlust bei 500–1000 °C kann dem Verlust einiger stark adsorbierter Carbonatanionen an den Mischoxidkristalliten zugeschrieben werden.

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

Die thermogravimetrischen Spuren für ZnAl₄₁-450/DS sind in Abb. 3b dargestellt. Der erste Schritt der thermischen Zersetzung wurde dem Verlust von Zwischenschichtwasser zugeschrieben. Der zweite Zersetzungsschritt, die Dehydroxylierung der Brucit-ähnlichen Schichten, wurde von DS-Zerstörung begleitet. Die Zersetzung von DS-Ionen fand im Bereich 210–250 °C statt, weshalb ein größerer Verlust unter 200 °C beobachtet wurde. Der Massenverlust der DS-modifizierten LDHs bei 300–500 °C wurde der vollständigen Dehydroxylierung und dem Kollaps der Schichtstruktur zugeschrieben. Der Anstieg des Massenverlusts in dieser Stufe resultierte aus der DS-Beladung, deren Zersetzung durch den Massenverlust bei 400–900 °C reflektiert wurde. Der Massenverlust zwischen 800–900 °C konnte als SO₃-Entwicklung aufgrund der Zersetzung von (Zn, Al)-Sulfat, das durch DS-Zersetzung während der zweiten Massenverluststufe gebildet wurde, erkannt werden.

Die Gesamtmassenverluste für ZnAl₃₁-450/DS und ZnAl₄₁-450/DS waren geringer im Vergleich zu ZnAl₂₁-450/DS, was auf den geringeren Gehalt an DS-interkalierten Phasen in den Proben mit Zn/Al-Verhältnis 3:1 und 4:1 hinweist. Das Vorhandensein von ZnO-Reflexionen in den Mustern dieser LDHs deutete auf unvollständige Rekonstruktion der LDH unter Rehydratation der gemischten Doppelhoxide in wässriger DS-Lösung hin (Abb. 2a). Laut [33] koexistieren Extra-Phasen in den LDHs. Die as-synthetisierten und rehydratisierten Zn-Al-LDHs (Zn:Al = 2:1) enthielten etwa 25 und 23 Gew.-% einer amorphen Phase. Die Autoren fanden, dass die rehydratisierten Proben zusätzliche etwa 3 Gew.-% ZnO-Phase (Zinkit) enthielten, resultierend aus der Segregation von Zn aus den Brucit-ähnlichen Schichten. Möglicherweise verursachte die Modifikation von ZnAl₂₁ LDHs mit DS die zusätzliche Bildung der amorphen Zinkhydroxid-Phase. Wie in [27] vorgeschlagen, gab es eine vorläufige Rehydratationsreaktion im frühen Stadium der Rekonstruktion der amorphen Zinkhydroxid-Phase und dann eine Rehydratation der Zn-Al-Oxide während des Rekonstruktionsprozesses. Möglicherweise führte die Rehydratation der amorphen Phase zur Bildung der Carbonat-interkalierten Phase. Die Rehydratation von Zn-Al-Oxiden in DS-Lösungen führte zur Bildung der DS-interkalierten Phase. Die Massenverluste für ZnAl₂₁-600-1/DS, ZnAl₃₁-600-1/DS, ZnAl₄₁-600-1/DS waren unbedeutend unterschiedlich. Offensichtlich enthielten Zn-Al-LDHs, kalziniert bei 600 °C, weniger amorphe Phase.

Das Vorhandensein von photoaktivem ZnO erweitert den Anwendungsbereich für LDHs und LDH-basierte Komposite, insbesondere als Photokatalysatoren, UV-Filter, Farbstoff-sensibilisierte Solarzellen. Der Effekt von Phasentransformationen auf die Fähigkeit von Zn-Al-LDHs, UV-Licht zu absorbieren, wurde untersucht. Die optischen Absorptionsspektren der as-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 der Mischoxide, kalziniert bei 450 und 600 °C für 1 h, förderte die Bildung einer zusätzlichen Menge an kristallinem ZnO, was zu einem Rotverschiebung des Absorptionsbandes von ZnAl₂₁-450/DS und ZnAl₂₁-600-1/DS führte (Abb. 4a, b). Das Absorptionsband von ZnAl₂₁-600-2 wurde um ca. 35 nm in den sichtbaren Bereich verschoben. Es gab keine Änderung in der Absorption der Mischoxide mit Zn:Al = 2:1, die durch 5 h Kalzinierung der LDH erhalten wurden (Abb. 4b).

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

Da Al₂O₃ ein Material mit breiter Bandlücke (5,55 eV) ist, wird die Lichtabsorption im UV-Bereich durch das in den Proben vorhandene ZnO verursacht, dessen Bandlücke 3,37 eV beträgt. Die Bandlückenenergien (E_g) der Proben wurden aus dem Schnittpunkt der UV-Vis-Spektren mit der Gleichung E_g = 1240/λ berechnet (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

Zur Bewertung der photokatalytischen Leistung von Zn-Al-LDHs wurde der Abbau von wässriger 2×10⁻⁵ M MB-Lösung unter UV-Licht durchgeführt. Die geringe Lichtabsorptionsfähigkeit von LDHs mit Zn/Al-Verhältnis 2:1 und 3:1 verursachte ihre niedrige Aktivität unter Bestrahlung (Tabelle 2).

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

Die Änderungen in den Absorptionsspektren der MB-Lösung über verschiedene Bestrahlungszeiten in Gegenwart von ZnAl₃₁-600-1 sind in Abb. 5b zu sehen. Die Peaks bei 610 und 663 nm wurden der Absorption des konjugierten π-Systems zugeordnet, während die Peaks nahe 300 nm der Absorption des aromatischen Rings zugeordnet wurden. Man konnte sehen, dass die Intensität der ursprünglichen Peaks mit zunehmender Bestrahlungszeit abnahm. Außerdem konnte ein paralleler Abfall der Intensitäten und eine leichte Blauverschiebung der bei 663 nm gelegenen Banden beobachtet werden. Dies wurde durch die N-Demethylierung des Phenothiazins und dessen gleichzeitigen Abbau verursacht. Ähnliche Änderungen in den optischen Absorptionsspektren von MB wurden für photokatalytische Systeme mit allen LDHs beobachtet.

Die DS-Modifikation von Zn-Al-LDHs erhöhte deren Affinität für MB aufgrund hydrophober Wechselwirkungen zwischen Tensiden und Farbstoffmolekülen. ZnAl₄₁-600-1/DS demonstrierte das beste Ergebnis bei der MB-Adsorption (Tabelle 3). Die photokatalytische Aktivität der Organo/Zn-Al-LDHs war vergleichbar mit der kalzinierter Zn-Al-LDHs (Tabelle 3). Ein höherer Grad an MB-Abbau wurde für ZnAl₄₁-450/DS beobachtet. Die Werte der MB-Entfernung mit DS-modifizierten Zn-Al-LDHs durch Adsorption waren höher als durch Photodestruktion. Daher konnte die Adsorptionsentfernung von MB mit Organo/Zn-Al-LDHs durch Anwenden von Lichtbestrahlung verstärkt werden.

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

Schlussfolgerungen

In dieser Arbeit wurden as-synthetisierte und kalzinierte Zn-Al-LDHs mit verschiedenen kationischen Verhältnissen hergestellt. Die erhaltenen Materialien wurden charakterisiert und zur Entfernung kationischer Farbstoffe MB aus wässrigen Lösungen verwendet. Die Untersuchungen zur MB-Photodestruktion unter UV-Licht über sowohl LDHs als auch kalzinierte LDHs zeigen, dass:

Die photokatalytische Aktivität von Zn-Al-LDHs entstand durch das Vorhandensein der ZnO-Phase. Die Bildung der ZnO-Phase in LDHs konnte durch Erhöhung des Zn/Al-Verhältnisses in LDHs und durch Temperaturbehandlung der LDHs reguliert werden.

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

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