復(fù)合光催化劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種Zna5Coa5Fe204/g-C3N4復(fù)合光催化劑的制備方法，屬環(huán)境功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境污染和能源短缺是當(dāng)今世界亟待解決的兩大主要問題。光催化作為一種綠色技術(shù)，提供了徹底消除有毒化學(xué)品潛在有效的途徑，具有利用天然太陽能源進(jìn)行環(huán)境污染治理的雙重作用，開發(fā)具有可見光活性的新型光催化劑已成為一項(xiàng)重要的研究課題。
[0003]尖晶石結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物由于其結(jié)構(gòu)的特殊，具有很多性能，在冶金、電子、化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域都有廣泛的用途，可以作為磁性材料、吸波材料、傳感材料、電池陰極材料和高溫工程材料等。除此之外它們還是一類重要的催化劑，其禁帶寬度大約為1.9eV，可以有效地利用太陽能，因此可以構(gòu)建制備新型對(duì)可見光敏感的鐵酸鹽類光催化劑。g_C3N4是一種非金屬半導(dǎo)體，由地球上含量較多的C、N元素組成，帶隙約2.7 eV，對(duì)可見光有一定的吸收，抗酸、堿、光的腐蝕，穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)和性能易于調(diào)控，具有較好的光催化性。半導(dǎo)體復(fù)合改性是通過窄禁帶隙半導(dǎo)體與等寬帶隙半導(dǎo)體之的能級(jí)相合，以擴(kuò)展寬帶隙半導(dǎo)體的光譜響應(yīng)范圍，提高太陽能利用率的一種有效手段。
[0004]基于以上分析，結(jié)合Zn。.5Co0.5Fe204和g_C 3N4材料各自優(yōu)勢，利用水熱法制備Zna5Coa5Fe204/g-C3N4復(fù)合光催化劑，能夠大大的提高其在可見光下的吸收區(qū)域，延長電子-空穴復(fù)合速率，更有利可見光下的催化性能，并且穩(wěn)定性更強(qiáng)，同時(shí)具有很強(qiáng)的磁性，易于回收利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于使用了一種溫和易行的水熱法制備法，制備了一種強(qiáng)磁性(易回收利用)高效的Zna5Coa5Fe204/g_C3N4 (鐵酸鋅鈷/石墨型氮化碳)復(fù)合光催化劑。本發(fā)明構(gòu)建一個(gè)復(fù)合可見光光催化體系；通過形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了可見光的吸收范圍，增強(qiáng)了該催化劑在可見光區(qū)域內(nèi)光催化活性。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種Zna5Coa5Fe204/g-C3N4復(fù)合光催化劑的制備方法，按以下步驟進(jìn)行:
(1)稱取三聚氰胺固體并放坩禍中，蓋上蓋子，并將坩禍帶蓋子一起放入馬弗爐中，程序升溫反應(yīng)得到g_C3N4納米片；
(2)取步驟(1)中的g_C3N4納米片樣品研磨，稱取g_C3N4納米片超聲分散于去離子水中，制成g_C3N4納米片懸濁液；
(3)稱取Fe(N03)3.9Η20固體、Ζη (Ν03)2.6Η20固體和Co (N03)2.6Η20固體加入到去離子水中溶解形成混合溶液，與步驟(2)中懸濁液混合均勻，增加磁力攪拌轉(zhuǎn)速，繼續(xù)攪拌使其充分反應(yīng)；再向其中緩慢加入L(+)酒石酸固體，緩慢加入完畢之后，繼續(xù)攪拌使其充分反應(yīng)；再向其中緩慢加入NaOH固體，增加磁力攪拌轉(zhuǎn)速，繼續(xù)攪拌使其充分反應(yīng)，攪拌均勻；將混合液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中反應(yīng)后得到固體產(chǎn)物，用新制去離子水和乙醇洗滌，真空干燥，得到 Zn。.5Co0.5Fe204/g-C3N4復(fù)合光催化劑。
[0007]步驟(1)中，所述馬弗爐程序升溫反應(yīng)條件為2~6°C 速率程序升溫至550~600°C 反應(yīng) 4~6h ；
步驟(2)中，所述g_C3N4納米片懸濁液的濃度為0.06-0.lg/mL。
[0008]步驟(3)中，所述混合溶液中Fe (N03) 3.9H20，Zn (N03) 2.6H20，Co (N03) 2.6H20，L(+)酒石酸，NaOH 固體的質(zhì)量比為 4.04-8.08g:0.74-1.48g:0.75-1.49g:1.92-3.84g:
2.2-4.4g ;其中，混合溶液中Fe(N03)3.9H20的物質(zhì)的量濃度為0.1-0.2g/mL。
[0009]步驟(3)中，所述L(+)酒石酸固體、NaOH固體緩慢加入的時(shí)間均為lmin~10min ；每加入一種反應(yīng)原料繼續(xù)攪拌使其充分反應(yīng)時(shí)間均為10min~60min。
[0010]所述混合液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜的條件為160~200°C反應(yīng)12~24h。
[0011]其中步驟(3)去離子水和乙醇各洗滌三次，所述真空干燥在低于100°C下干燥。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點(diǎn):
(1)本發(fā)明中所采用的水熱法所制得復(fù)合光催化劑結(jié)晶純度高，無需繁雜的逐一制備各個(gè)單體再復(fù)合，并且制備過程中反應(yīng)條件溫和，不需經(jīng)過高溫煅燒制備復(fù)合催化劑，有效的避免了高溫過程中鐵酸鋅晶體類型發(fā)生改變而引起磁性減弱，從而導(dǎo)致回收困難；
(2)本發(fā)明所制備的復(fù)合光催化劑性能優(yōu)于一般以鐵酸鋅為材料制備的復(fù)合催化劑。以窄帶半導(dǎo)體材料Zna5Coa5Fe204通過簡單易行的水熱法和寬帶材料g_C 3N4復(fù)合制備可見光催化劑，不僅是可見光催化劑具備強(qiáng)磁性，有利于回收利用，降低成本，綠色環(huán)保；而且由于Zna5COa5Fe204與g_C 3N4能級(jí)位置匹配很好，復(fù)合之后可促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移和自由基生成，提高光催化劑在可見光區(qū)域吸收和光催化活性以及g_C3N4穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)作進(jìn)一步描述。
[0014]圖1 本發(fā)明的 g-C3N4，Zn。.5Co0.5Fe204和 Zn 0.5Co0.5Fe204/g_C3N4復(fù)合光催化劑 XRD圖。
[0015]圖2 本發(fā)明的 Zn0.5Co0.5Fe204 (a)和 Zn0.5Co0.5Fe204/g-C3N4 (b)復(fù)合光催化劑 TEM圖。
[0016]圖3 本發(fā)明的 g-C3N4，Zna5Coa5Fe204和 Zn Q.5CoQ.5Fe204/g-C3N4復(fù)合光催化劑紫外漫反射光譜圖。
[0017]圖4 本發(fā)明的 g_C3N4，Zn0.5Co0.5Fe204和 Zn 0.5Co0.5Fe204/g_C3N4復(fù)合光催化劑光降解效果圖。
[0018]圖5 本發(fā)明的 g-C3N4，Zn0.5Co0.5Fe204和 Zn 0.5Co0.5Fe204/g_C3N4復(fù)合光催化劑回收光降解效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合具體實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0020]—種Zna5Coa5Fe204/g-C3N4復(fù)合光催化劑的制備方法，按以下步驟進(jìn)行:
(1)稱取三聚氰胺固體并放坩禍中，蓋上蓋子，并將坩禍帶蓋子一起放入馬弗爐中，程序升溫反應(yīng)得到g_C3N4納米片；
(2)取步驟(1)中的g_C3N4納米片樣品研磨，稱取g_C3N4納米片超聲分散于去離子水中，制成g_C3N4納米片懸濁液；
(3)稱取Fe(N03)3.9Η20固體、Ζη (Ν03)2.6Η20固體和Co (N03)2.6Η20固體加入到去離子水中溶解，與步驟(2)中懸濁液混合均勻，增加磁力攪拌轉(zhuǎn)速，繼續(xù)反應(yīng)；再向其中緩慢加入L(+)酒石酸固體，緩慢加入完畢之后，繼續(xù)攪拌使其充分反應(yīng)；再向其中緩慢加入NaOH固體，增加磁力攪拌轉(zhuǎn)速，繼續(xù)攪拌使其充分反應(yīng)，攪拌均勻；將混合液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中反應(yīng)后得到固體產(chǎn)物，用去離子水和乙醇洗滌，真空干燥得到Zna5Coa5Fe204/g-C3N4復(fù)合光催化劑。
[0021]光催化性能評(píng)價(jià):在光催化反應(yīng)儀中進(jìn)行，將上述方法制備的的ZnQ.5Coa5Fe204/g_C3N4復(fù)合光催化劑使用于水中的抗生素光催化降解，并對(duì)催化后的催化劑進(jìn)行回收再利用。
[0022]實(shí)施例1:
(1)稱取三聚氰胺固體10.0g并放50mL坩禍中，蓋上蓋子，并將坩禍帶蓋子一起放入馬弗爐中，馬弗爐程序升溫反應(yīng)條件為5°C.min 1速率程序升溫至550°C，保持溫度不變反應(yīng)4h ;自然冷卻得到g_C3N4納米片；
(2)取步驟(1)中的g_C3N4納米片樣品研磨，稱取g_C3N4納米片1.84g，超聲分散，20mL去離子水中，制成g_C3N4納米片懸濁液；
(3)稱取Fe(N03)3.9H20 固體 4.04g、Zn (N03)2.6H20 固體 0.74g 和 Co (N03)2.6H20 固體0.75g加入到40mL去離子水中溶解，與步驟(2)中懸濁液混合均勻，增加磁力攪拌轉(zhuǎn)速，繼續(xù)反應(yīng)lOmin ;再向其中緩慢加入L(+)酒石酸固體1.92g，緩慢加入完畢之后，繼續(xù)攪拌使其充分反應(yīng)；再向其中緩慢加入NaOH固體4.4g，增加磁力攪拌轉(zhuǎn)速，繼續(xù)攪拌使其充分反應(yīng)30min，攪拌均勻；將混合液轉(zhuǎn)移到180°C反應(yīng)釜中反應(yīng)24h后得到固體產(chǎn)物，用去離子水和乙醇各洗三次，真空60°C干燥得到樣品，研磨得到粉末狀Zna 5Co0.5Fe204/g-C3N4復(fù)合光催化劑。
[0023]制得的樣品的XRD圖如圖1所示，從圖中可以看出Zn。.5Co0.5Fe