一种用于吸附和降解偶氮染料的光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于吸附和降解偶氮染料的光催化剂，该光催化剂为固载在光纤上的含磁性材料的Cr掺杂ZnO；光催化剂的制备方法步骤：S1、制备含磁性材料的Cr掺杂ZnO：将可溶性的锌盐、铬盐、铁盐溶于乙醇中得到溶液A，将NaOH的乙醇溶液加入到溶液A中，搅拌，加热反应后，离心分离，干燥沉淀物，得到Cr‑ZnO/γ‑Fe2O3；S2、光纤包埋Cr‑ZnO/γ‑Fe2O3，包括：S21、去除光纤表面的外包层，裸露出光纤芯体；S22、采用溶胶凝胶法在光纤芯体表面包埋Cr‑ZnO/γ‑Fe2O3，即得到光催化剂。本发明专利技术将光催化剂包埋在光纤表面，克服了普通的多孔性载体孔内的光催化剂得不到光照，造成光催化剂浪费的缺陷，提高了光催化剂的有效利用率。

A new photocatalyst for adsorption and degradation of azo dyes and its preparation method

The invention discloses a novel photocatalyst for the adsorption and degradation of azo dyes. The photocatalyst is a Cr doped ZnO containing magnetic materials on the fiber; the preparation method of the photocatalyst: S1, the preparation of the Cr doped ZnO containing the magnetic material: soluble zinc salt, chromate, and iron salt in ethanol solution A The ethanol solution of NaOH was added to the solution A, stirring and heating the reaction, centrifugally separated and dry precipitates, and Cr ZnO/ gamma Fe2O3; S2 and optical fiber embedded Cr ZnO/ gamma Fe2O3, including: S21, the outer layer of fiber optic surface and bare fiber core; S22, using sol-gel method in the fiber core surface bread. A new photocatalyst was obtained by burying Cr ZnO/ Fe2O3. The invention covers the photocatalyst on the surface of the optical fiber, and overcomes the defect that the light catalyst can not be obtained in the porous carrier hole, resulting in the waste of the photocatalyst and improves the effective utilization of the photocatalyst.

【技术实现步骤摘要】
一种用于吸附和降解偶氮染料的新型光催化剂及其制备方法
本专利技术属于光催化
，具体涉及一种用于吸附和降解偶氮染料的新型光催化剂及其制备方法。
技术介绍
偶氮类染料的化学性质相对稳定，故其废水成分比较复杂，难以彻底降解。未经过处理的废水直接排放到河流、湖泊中会造成水体严重污染，导致水生环境急剧恶化。传统的处理方法如混凝沉淀法、吸附法、膜分离法、气浮法等这些技术属于非破坏性的物理处理技术，只是对染料进行相间转移，并没有真正对染料进行脱色和矿化，并且会二次污染。其中混凝剂、吸附剂等再生问题一直得不到合理解决。而化学、生化等处理技术虽是破坏性的，但除净度低，废水中的有毒物含量仍远远高于国家废水排放标准。因此，寻找一种新型的处理偶氮染料的方法势在必行。近年来，作为光催化剂的半导体材料被成功地用于有机处理水污染物。半导体光催化技术能够在常温常压下彻底分解水中的有机污染物，且无二次污染，是降解水中有机污染物的新型绿色技术，有望在环境污染治理领域取得重大突破。常用的半导体光催化材料有TiO2、Cu2O、Fe2O3、Ag3PO4、ZnO等。ZnO作为重要的半导体光催化剂，是一种直接宽带隙(3.37eV)半导体材料，激子束缚能为60meV，易被激发，具有较高的催化活性。在光催化反应降解有机污染物的研究当中，因其光催化活性高、化学稳定性好、无毒无污染、廉价等优良的性能已被广泛研究作为半导体光催化剂消除有机污染物的有效方法。ZnO中掺杂过渡金属是提高其催化性能的很有效的方法。通过用过渡金属掺杂ZnO纳米颗粒就可以实现离子通过形成电子陷阱显示电子和空穴之间的电荷分离增强，并且还减小了材料的带隙。在三价掺杂金属中，Cr是一种离子半径约等于Zn2+的过渡金属，因此它可以很容易地取代ZnO晶格中的Zn2+位置，同时，掺杂Cr的ZnO还可在Cr位置化学吸附氧。到目前为止，也报道了很多种掺杂Cr的ZnO的沉积技术，如磁控溅射，溶胶-凝胶，脉冲激光沉积和溶剂热法等。其中，溶剂热法以制备过程简单、绿色、产物的组成和形貌易控制等特点而备受关注。并且，在溶剂热反应过程中，通过控制反应温度、时间和介质条件就可以获得形貌独特、性能优异的纳米材料。但是该种方法制备出的Cr-ZnO所需时间较长，产物量较少，而且还存在处理废水后，光催化剂与废水的分离难的问题，以及光催化剂的有效利用率不高，用量大，光催化剂浪费量大，不仅造成经济成本高，且大量资源浪费。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决ZnO光催化剂在偶氮染料废水处理中存在的固液分离难，不能充分与光接触反应，催化剂利用率低等技术问题。本专利技术还有一个目的是提供一种制备上述的用于吸附和降解偶氮染料的新型光催化剂的方法，其制备工艺简单，消耗时间少，产量高。为了实现上述的这些目的和其它优点，本专利技术提供了一种用于吸附和降解偶氮染料的新型光催化剂，该光催化剂为固载在光纤上的含磁性材料的Cr掺杂ZnO。具体的是，所述磁性材料为γ-Fe2O3，所述光纤为去除外包层的光纤芯体，得到的光催化剂是固载在光纤上的含磁性材料的Cr-ZnO/γ-Fe2O3。一种制备上述的用于吸附和降解偶氮染料的新型光催化剂的制备方法，包括如下步骤：S1、制备含磁性材料的Cr掺杂ZnO：将可溶性的锌盐、铬盐、铁盐溶于乙醇中得到溶液A，将NaOH的乙醇溶液加入到溶液A中，搅拌，加热反应后，离心分离，干燥沉淀物，得到含有γ-Fe2O3的Cr掺杂ZnO，即Cr-ZnO/γ-Fe2O3；S2、光纤包埋Cr-ZnO/γ-Fe2O3，包括步骤：S21、去除光纤表面的外包层，裸露出光纤芯体；S22、采用溶胶凝胶法在光纤芯体表面包埋Cr-ZnO/γ-Fe2O3，即得到新型光催化剂。优选的是，所述步骤S21具体为：将含有外包层的光纤置于丙酮溶液中浸泡腐蚀10-20min，然后用外力去除光纤表面的外包层裸露出光纤芯体，将光纤芯体浸泡在氢氧化钠溶液中约10min，再用清水清洗，擦干待用。优选的是，所述步骤S22具体为：将偶联剂与四乙氧基硅烷混合均匀，再依次加入乙醇、水和0.1mol/L的盐酸，超声分散处理，得到溶胶凝胶；在溶胶凝胶中加人步骤S1制备的Cr-ZnO/γ-Fe2O3，超声分散均匀；然后将混有Cr-ZnO/γ-Fe2O3的溶胶凝胶涂覆在光纤芯体表面，或者将光纤芯体浸入溶胶凝胶中通过提拉法将Cr-ZnO/γ-Fe2O3包埋在光纤芯体表面，每次涂覆后或者每次提拉出光纤芯体后，在60℃下干燥，重复涂覆或提拉3-5次后，将包埋Cr-ZnO/γ-Fe2O3的光纤在室温下老化，即得到新型光催化剂。优选的是，所述偶联剂为三氟丙基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷或3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的一种。优选的是，所述步骤S22具体为：取7.5ml偶联剂与3.5ml四乙氧基硅烷混合均匀，再依次加入7.5ml乙醇、3.2ml水和0.4ml的0.1mol/L盐酸，超声分散处理半小时，得到溶胶凝胶；在溶胶凝胶中加人步骤S1制备的Cr-ZnO/γ-Fe2O3，超声分散1h混合均匀；然后将混有Cr-ZnO/γ-Fe2O3的溶胶凝胶涂覆在光纤芯体表面，或者将光纤芯体浸入溶胶凝胶中通过提拉法将Cr-ZnO/γ-Fe2O3包埋在光纤芯体表面，每次涂覆后或者每次提拉出光纤芯体后，在60℃下干燥，重复涂覆或提拉5次后，将包埋Cr-ZnO/γ-Fe2O3的光纤在室温下老化一周，即得到新型光催化剂。优选的是，所述步骤S1具体为：将2mmol的Zn(NO3)2·6H2O、0.12mmol的Cr(NO3)3·9H2O、0.12mmol的Fe(NO3)3·9H2O溶于40ml乙醇中，并在室温下搅拌20min，得到溶液A；将40ml浓度4mol/L的NaOH乙醇溶液在搅拌条件下加入到溶液A中，并在室温下搅拌1h，然后将反应液转移至特氟隆反应釜中，并在120℃条件下恒温反应12h，冷却至室温，离心分离出沉淀物，先后用去离子水和乙醇清洗沉淀物，在80℃下干燥12h，得到含有γ-Fe2O3的Cr掺杂ZnO，即Cr-ZnO/γ-Fe2O3。本专利技术的有益之处在于：(1)利用溶剂热法合成一种清洁无污染可二次利用的金属铬掺杂氧化锌磁性纳米材料，这种磁性纳米材料对水体中的染料有很好的吸附性能和光催化降解效果，而且该催化剂与液体分离简单，便于回收重复利用催化剂。(2)Cr-ZnO/γ-Fe2O3包埋于光纤表面，提供了更高的比表面积，光在光纤内由光密射向光疏介质时，光会发生内全反射，进而会在裸露光纤界面产生与入射光波长一致的渐逝场，其渐逝场可以作为光催化剂的光源，能够对光进行充分利用；光纤能够进行远距离的传输且在传播过程中光没有损失，可用于光照难到达区域的污水光催化降解处理；对于普通的多孔性载体来说，位于载体孔内深处的光催化剂得不到光照，造成光催化剂的浪费，而将光催化剂包埋在光纤中就有效地避免了这一缺点，能够最大限定利用光催化剂。(3)包埋于光纤表面的光催化剂Cr-ZnO/γ-Fe2O3可对偶氮染料，例如亚甲基蓝(MB)或甲基橙(MO)进行吸附和降解，吸附率和降解率均在90％以上。附图说明图1、甲基橙溶液吸附前、吸附后的紫外可见吸光度曲线对比图。图2、甲基橙染料溶液的吸光度随光照时间的变化曲线。图3、甲基橙溶液在无光照射以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于吸附和降解偶氮染料的新型光催化剂，其特征在于，该光催化剂为固载在光纤上的含磁性材料的Cr掺杂ZnO。

【技术特征摘要】
1.一种用于吸附和降解偶氮染料的新型光催化剂，其特征在于，该光催化剂为固载在光纤上的含磁性材料的Cr掺杂ZnO。2.如权利要求1所述的用于吸附和降解偶氮染料的新型光催化剂，其特征在于，所述磁性材料为γ-Fe2O3。3.如权利要求2所述的用于吸附和降解偶氮染料的新型光催化剂，其特征在于，所述光纤为去除外包层的光纤芯体。4.一种如权利要求1-3任意一项所述的用于吸附和降解偶氮染料的新型光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、制备含磁性材料的Cr掺杂ZnO：将可溶性的锌盐、铬盐、铁盐溶于乙醇中得到溶液A，将NaOH的乙醇溶液加入到溶液A中，搅拌，加热反应后，离心分离，干燥沉淀物，得到含有γ-Fe2O3的Cr掺杂ZnO，即Cr-ZnO/γ-Fe2O3；S2、光纤包埋Cr-ZnO/γ-Fe2O3，包括步骤：S21、去除光纤表面的外包层，裸露出光纤芯体；S22、采用溶胶凝胶法在光纤芯体表面包埋Cr-ZnO/γ-Fe2O3，即得到新型光催化剂。5.如权利要求4所述的用于吸附和降解偶氮染料的新型光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S21具体为：将含有外包层的光纤置于丙酮溶液中浸泡腐蚀10-20min，然后用外力去除光纤表面的外包层裸露出光纤芯体，将光纤芯体浸泡在氢氧化钠溶液中约10min，再用清水清洗，擦干待用。6.如权利要求5所述的用于吸附和降解偶氮染料的新型光催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S22具体为：将偶联剂与四乙氧基硅烷混合均匀，再依次加入乙醇、水和0.1mol/L的盐酸，超声分散处理，得到溶胶凝胶；在溶胶凝胶中加人步骤S1制备的Cr-ZnO/γ-Fe2O3，超声分散均匀；然后将混有Cr-ZnO/γ-Fe2O3的溶胶凝胶涂覆在光纤芯体表面，或者将光纤芯体浸入溶胶凝胶中通过提拉法将Cr-ZnO/γ-Fe2O3包埋在光纤芯体表面，每次涂...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊艳，陈杰，段明，方申文，吴家仪，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51