一種複合納米磁性光催化劑和製備方法及其應用的製作方法
2023-06-12 19:33:26
一種複合納米磁性光催化劑和製備方法及其應用的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種複合納米磁性光催化劑和製備方法，本發明的磁性光催化劑採用共沉澱法製備出鎳鋅鐵氧體作為磁核，並通過均相沉澱法製備出ZnO為外包覆層的磁性納米光催化劑，具有鐵磁性和部分超順磁性，在磁場下能夠沿磁場均與分布且不易磁聚，同時具備高的光催化活性，而且可以通過磁性分離回收循環使用。本發明製備方法有生產工藝簡單，成本低廉等優點。所製備的複合納米磁性光催化劑適用於含金屬粒子、含油廢水、印染廢水、生活汙水等處理。經過對汙水催化降解證明，與已有技術相比，具有處理效果好、降解速度快、用量低、易回收、可循環使用、且對環境無汙染等優點。
【專利說明】一種複合納米磁性光催化劑和製備方法及其應用
【技術領域】
[0001]本發明屬於磁性光催化劑領域，特別涉及一種複合納米磁性光催化劑和製備方法及在對高濃度難降解有機物的可見光降解中的應用。
[0002]【背景技術】
近年來隨著科學技術的發展，通過光催化氧化技術降解水中的汙染物(尤其是高濃度的汙染物)已成為一項新型的水處理技術。然而投入何種光催化劑以實現汙水處理的高效率，是目前水處理過程中的一個重要問題。另外，汙水中的催化劑的回收也是一個重大難題，否則會提高汙水處理成本，而且容易造成二次汙染。因此，針對不同的廢水，確定一種高效的可以利用可見光的磁性光催化劑是解決汙水處理費用高昂、催化劑回收問題的一個基本途徑。
[0003]隨著對可以利用可見光的催化劑研究的深入，一些能夠降解汙水的新型光催化劑被開發出來。如一種可見光催化劑及其製備方法(CN102327770A)製備的可見光催化劑為鉻參雜氧化鋅，能夠拓寬氧化鋅的光催化響應波長範圍，但是催化劑中含有汙染元素鉻，且不能回收，容易對環境造成汙染。在磁性參雜納米二氧化鈦製備方法(CN102794164A)中製備的磁性光催化劑以Fe參雜二氧化鈦的複合物，該光催化劑只能利用紫外光，對可見光利用率較低，而且在磁場中容易發生團聚現象。而在一種可磁控分離氧化鋅基光催化劑的製備方法(CN102728369A)中氧化鋅與磁性材料只是簡單結合在一起，而非氧化鋅包覆磁性材料，所以對氧化鋅的比表面積有一定影響，從而降低它的光催化活性。另外，在一種磁可控氧化鋅複合納米晶光催化劑及其製備方法(CN103285881A)磁基是金和鎳的化合物，具有鐵磁性，不利於在汙水中的均勻分散，降低了汙水處理效果。
【發明內容】
[0004]本發明的目的之一是提供一種具有高光催化活性的磁性光催化劑。
[0005]目的之二是提供上述催化劑的製備方法。
[0006]目的之三是提供上述催化劑在對高濃度難降解有機物的可見光降解中的應用。
[0007]為了實現上述目的，本發明採用以下技術方案:一種複合納米磁性光催化劑，所述催化劑為Nia5Zna5Fe2CVZnO,其中鎳鋅鐵氧體為磁基，納米顆粒ZnO包裹其表面。
[0008]所述催化劑的顆粒粒度為50?75nm。
[0009]一種複合納米磁性光催化劑的製備方法，包括以下步驟:
(1)將硝酸鋅、硫酸鎳、硝酸鐵依次溶於去離子水中，攪拌均勻，以金屬離子計，鋅離子:鎳離子:鐵離子的摩爾比為0.5:0.5:2 ;向混合溶液中緩慢滴加NaOH溶液形成紅棕色沉澱並不停攪拌，至PH=IO停止，用去離子水抽濾洗滌，沉澱物加入聚乙二醇6000水溶液中攪拌至形成凝膠，在120°C乾燥3h形成幹凝膠，將幹凝膠放入馬弗爐中700°C下煅燒4h得到鎳鋅鐵氧體；
(2)將製備的鎳鋅鐵氧體與尿素和硫酸鋅混合併溶於去離子水中，鎳鋅鐵氧體:尿素:硫酸鋅的摩爾比為0.5:2:1，超聲lh，將溶液裝入反應釜中於100?120°C下進行溶劑熱反應Ih後，冷卻，並用無水乙醇進行抽濾洗滌，將產物乾燥4h，在500°C下煅燒3h，自然降溫後得到複合納米磁性光催化劑Nia 5Zn0 5Fe204/Zn0o
[0010]一種複合納米磁性光催化劑在對高濃度難降解有機物的可見光降解中的應用，包括以下步驟:在高濃度難降解有機物溶液中加入Nia5Zna5Fe2CVZnO,避光攪拌30min後，用日光鏑燈照射，光源功率為400W，離液面10cm。
[0011 ] 本發明提供的複合納米磁性光催化劑Nia 5Zn0.5Fe204/Zn0,其中鎳鋅鐵氧體為磁基，ZnO包裹其表面。由於鎳鋅鐵氧體具有部分超順磁性，能夠沿磁場均勻分布，不容易發生團聚現象，而且可以磁分離。ZnO作為半導體材料，能夠利用可見光對高濃度難降解有機物進行降解。本發明提供的複合納米磁性光催化劑具有磁分散、光催化等作用，可以通過磁回收循環使用，而且無二次汙染。
【具體實施方式】
[0012]將下面結合具體的製備實施例和參照數據進一步詳細地描述本發明。應理解，這些實施例只是為了舉例說明本發明，而非以任何方式限制本發明的範圍。
[0013]實施例1
複合納米磁性光催化劑的製備:
(I)鎳鋅鐵氧體的製備:按Nia5Zna5Fe2O4成分比列將硝酸鋅、硫酸鎳、硝酸鐵依次溶於去離子水中，混合均與後，緩慢滴加NaOH溶液，形成紅棕色沉澱並不停攪拌，至pH=10停止。用去離子水抽濾洗滌數次。6g聚乙二醇6000加入300mL去離子水中配成聚乙二醇6000水溶液，將沉澱物加入聚乙二醇6000水溶液中攪拌至形成凝膠，並在120°C乾燥3h形成幹凝膠，將幹凝膠放入馬弗爐中700°C下煅燒4h得到棕紅色粉末。
[0014](2)Ni0.5Zn0.5Fe204/Zn0的製備:取Ig上述複合物顆粒與14.378g硫酸鋅和6.006g尿素混合於去380mL離子水中，在超聲波中發散lh，將溶液裝於反應釜中與120°C下進行溶劑熱反應。反應Ih後，冷卻，並用無水乙醇進行抽濾洗滌數次。將所製備複合物乾燥4h，乾燥後在500°C下煅燒3h，自然降溫後得到鎳鋅鐵氧體為載體的ZnO光催化劑。該磁性光催化劑呈粉末狀，粒徑在50?75nm。
[0015]複合納米磁性光催化劑在對高濃度難降解有機物的可見光降解中的應用:
稱取0.1g上述磁性光催化劑，加入到IOOmL初始濃度為10mg/L的亞甲基藍溶液中避光攪拌30min，再用日光鏑燈照射，光源功率為400W，離液面10cm，用紫外可見光分光度計測量樣品的吸光度，計算光催化反應後的溶液濃度，光催化反應90min後，亞甲基藍的總去除率達到85%左右。
[0016]實施例2
複合納米磁性光催化劑的製備:
(I)鎳鋅鐵氧體的製備:按Nia5Zna5Fe2O4成分比列將硝酸鋅、硫酸鎳、硝酸鐵依次溶於去離子水中，混合均與後，緩慢滴加NaOH溶液，形成紅棕色沉澱並不停攪拌，至pH=10停止。用去離子水抽濾洗滌數次。6g聚乙二醇6000加入300mL去離子水中配成聚乙二醇6000水溶液，將沉澱物加入聚乙二醇6000水溶液中攪拌至形成凝膠，並在120°C乾燥3h形成幹凝膠，將幹凝膠放入馬弗爐中700°C下煅燒4h得到棕紅色粉末。
[0017](2)NiQ.5ZnQ.5Fe204/Zn0的製備:取Ig上述複合物顆粒與14.378g硫酸鋅和6.006g尿素混合於去380mL離子水中，在超聲波中發散lh，將溶液裝於反應釜中與110°C下進行溶劑熱反應。反應Ih後，冷卻，並用無水乙醇進行抽濾洗滌數次。將所製備複合物乾燥4h，乾燥後在500°C下煅燒3h，自然降溫後得到鎳鋅鐵氧體為載體的ZnO光催化劑。
[0018]複合納米磁性光催化劑在對高濃度難降解有機物的可見光降解中的應用:
稱取0.1g上述磁性光催化劑，加入到IOOmL初始濃度為10mg/L的亞甲基藍溶液中避光攪拌30min，光催化反應90min後，亞甲基藍的總去率達到83%左右。
[0019]實施例3
複合納米磁性光催化劑的製備:
(I)鎳鋅鐵氧體的製備:按Nia5Zna5Fe2O4成分比列將硝酸鋅、硫酸鎳、硝酸鐵依次溶於去離子水中，混合均與後，緩慢滴加NaOH溶液，形成紅棕色沉澱並不停攪拌，至PH=IO停止。用去離子水抽濾洗滌數次。6g聚乙二醇6000加入300mL去離子水中配成聚乙二醇6000水溶液，將沉澱物加入聚乙二醇6000水溶液中攪拌至形成凝膠，並在120°C乾燥3h形成幹凝膠，將幹凝膠放入馬弗爐中700°C下煅燒4h得到棕紅色粉末。
[0020](2)Ni0.5Zn0.5Fe204/Zn0的製備:取Ig上述複合物顆粒與14.378g硫酸鋅和6.006g尿素混合於去380mL離子水中，在超聲波中發散lh，將溶液裝於反應釜中與100°C下進行溶劑熱反應。反應Ih後，冷卻，並用無水乙醇進行抽濾洗滌數次。將所製備複合物乾燥4h，乾燥後在500°C下煅燒3h，自然降溫後得到鎳鋅鐵氧體為載體的ZnO光催化劑。
[0021]複合納米磁性光催化劑在對高濃度難降解有機物的可見光降解中的應用:
稱取0.1g上述磁性光催化劑，加入到IOOmL初始濃度為10mg/L的亞甲基藍溶液中避光攪拌30min，光催化反應90min後，亞甲基藍的總去率達到80%左右。
【權利要求】
1.一種複合納米磁性光催化劑，其特徵在於:所述催化劑為Nia5Zna5Fe204/Zn0，其中鎳鋒鐵氧體為磁基，納米顆粒ZnO包裹其表面。
2.根據權利要求1所述的複合納米磁性光催化劑，其特徵在於:所述催化劑的顆粒粒度為50?75nm。
3.一種根據權利要求1或2所述複合納米磁性光催化劑的製備方法，其特徵在於包括以下步驟: (1)將硝酸鋅、硫酸鎳、硝酸鐵依次溶於去離子水中，攪拌均勻，以金屬離子計，鋅離子:鎳離子:鐵離子的摩爾比為0.5:0.5:2 ;向混合溶液中緩慢滴加NaOH溶液形成紅棕色沉澱並不停攪拌，至PH=IO停止，用去離子水抽濾洗滌，沉澱物加入聚乙二醇6000水溶液中攪拌至形成凝膠，在120°C乾燥3h形成幹凝膠，將幹凝膠放入馬弗爐中700°C下煅燒4h得到鎳鋅鐵氧體； (2)將製備的鎳鋅鐵氧體與尿素和硫酸鋅混合,鎳鋅鐵氧體:尿素:硫酸鋅的摩爾比為0.5:2:1,並溶於去離子水中，超聲lh，將溶液裝入反應釜中於100?120°C下進行溶劑熱反應Ih後，冷卻，並用無水乙醇進行抽濾洗滌，將產物乾燥4h，在500°C下煅燒3h，自然降溫後得到複合納米磁性光催化劑Nia 5Zn0 5Fe204/Zn0o
4.一種根據權利要求1或2所述複合納米磁性光催化劑在對高濃度難降解有機物的可見光降解中的應用，其特徵在於包括以下步驟:在高濃度難降解有機物溶液中加入Nia5Zna5Fe204/Zn0，避光攪拌30min後，用日光鏑燈照射，光源功率為400W，離液面10cm。
【文檔編號】B01J35/02GK103933992SQ201410127160
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月1日 優先權日:2014年4月1日
【發明者】鄭坤, 吳春篤, 解清傑 申請人:江蘇大學