一种Fe3O4@SiO2@ZnO磁性纳米光催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)称取2.24g Zn(CH3COO)2·2H2O加入到一份100mL DEG溶液中，超声辅助溶解，微波加热得到第一中间反应液；(2)称取0.2g Fe3O4@SiO2加入到另一份20mL DEG溶液中，超声辅助溶解，微波加热，得到第二中间反应液；(3)将第一中间反应液和第二中间反应液混合，微波加热得到混合反应液；(4)冷却至室温，离心分离，清洗，干燥后即得。与现有光催化剂相比，本发明专利技术方法所得Fe3O4@SiO2@ZnO的光催化活性更强，稳定性更好，适用范围更广，良好的磁分离性能也有利于减少二次污染。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及催化剂制备领域，具体是一种Fe3O4@SiO2@ZnO磁性纳米光催化剂的制备方法。
技术介绍
光催化剂就是在光子的激发下能够起到催化降解作用，加速或者减缓光化学反应，但本身又不参与反应的化学物质的统称。常温下条件下，导电性能介于导体与绝缘体之间的材料称之为半导体材料。具备一定光催化降解能力的半导体材料称为半导体光催化剂。磁性ZnO的合成方法简便、快捷，而且具有环保无毒、成本低、稳定性高、光催化活性强以及易循环利用等特点，能有效去除水中难生物降解的有机污染物，是比较理想的光催化材料。但是目前的合成方法存在耗能、费时、分散剂或原材料有毒等问题，且合成的材料稳定性差、光催化活性低及固液分离效果差，是目前亟待解决的问题。国内外研究人员对磁性ZnO的探索多停留在降解染液阶段，处理难生物降解的对硝基苯酚废水的研究和文献鲜有报道，亟待进一步的研究与应用。
技术实现思路
为有效解决上述问题，本专利技术以Fe3O4为磁核，包覆SiO2保护层，ZnO作为多功能外壳，采用微波辅助加热、添加无毒环保的一缩二乙二醇(DEG)助剂的方法合成Fe3O4@SiO2@ZnO磁性纳米光催化剂。为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种Fe3O4@SiO2@ZnO磁性纳米光催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)按照重量体积比为Zn(CH3COO)2·2H2O:DEG＝2.0～2.5g:90～110mL混合，并超声辅助分散10～12min，然后于微波功率为550～650W、温度为145～155℃的条件下加热5～8min，得到第一中间反应液；(2)按照重量体积比为Fe3O4@SiO2:DEG＝0.15～0.25g:15～20mL混合，并超声辅助分散10～12min，然后于微波功率为550～650W、温度为145～155℃的条件下加热5～8min，得到第二中间反应液；(3)按照体积份数计，将90～110份第一中间反应液和15～25份第二中间反应液混合，然后在微波功率为550～650W、温度为155～165℃的条件下加热15～20min，得到混合反应液；(4)待混合反应液冷却至室温，离心分离，清洗掉固体残留的DEG溶液，真空干燥后，得到Fe3O4@SiO2@ZnO磁性纳米光催化剂，保存于干燥塔内。所述Fe3O4@SiO2由如下方法制备而得：(1)按照体积份数计，将1份质量分数为25％的氨水与1.8～2.2份无水乙醇混合，配制成氨水-乙醇溶液；(2)按照体积份数计，将1份正硅酸乙酯与8～12份无水乙醇混合，配制成正硅酸乙酯-乙醇溶液；(3)先按重量份数计，将0.8～1.2份Fe3O4和0.8～1.2份柠檬酸钠混合得到第一混合物料，再按照每克第一混合物料加入240～260mL无水乙醇和240～260mL去离子水的比例向第一混合物料中加入无水乙醇和去离子水，超声分散10～12min，得到Fe3O4分散系；(4)先按照体积份数计，分别量取13～17份氨水-乙醇溶液、10～12份正硅酸乙酯-乙醇溶液以及220～280份Fe3O4分散系，再将正硅酸乙酯-乙醇溶液和氨水-乙醇溶液同时逐渐滴入Fe3O4分散系，反应过程中，由微波辅助加热使反应体系温度维持在68～72℃，并进行持续的机械搅拌，反应时间为20～30min；(5)所得产物进行离心分离，洗涤，真空干燥后，得到Fe3O4@SiO2，保存于干燥塔内。所述Fe3O4由如下方法制备而得：(1)按重量份数计，将120～150份FeCl3·6H2O、340～380份CH3COONa以及10～20份柠檬酸钠混合均匀得到第二混合物料，再按照每克第二混合物料加入8～10毫升乙二醇的重量体积比例向第二混合物料中加入乙二醇，搅拌均匀得到混合液；(2)将混合液转移至聚四氟乙烯水热反应釜中，使反应釜在温度为190～210℃的马弗炉中加热8～10h，然后离心分离，洗涤，干燥，得到单分散的Fe3O4纳米材料。与现有技术相比较，本专利技术具备的有益效果：与TiO2相比，本专利技术方法所得Fe3O4@SiO2@ZnO的光催化活性更强，稳定性更好，适用范围更广，良好的磁分离性能也有利于降低成本和减少二次污染带来的危害。8次连续的循环利用实验并没有使降解率出现大幅度的下降，且第8个周期的降解率仍高达82.3％；催化前后的XRD衍射图谱没有发生明显变化，表明Fe3O4@SiO2@ZnO的稳定性高。本专利技术不仅可为ZnO及类似的半导体复合光催化材料的合成提供新的方法和思路，还有利于彻底消除环境中危害较大的对硝基苯酚污染物，本专利技术的探索对其他的快速绿色合成光催化材料及光催化降解有毒有害的石油酚污染物也具有重要的参考价值。本专利技术使用的一缩二乙二醇(DEG)是由环氧乙烷和乙二醇制得，在一定温度下可以分解出大量的羟基，促使离子之间产生空间位阻而使得离子不能相互结合，这既能减小纳米材料的粒径，又可以阻止纳米材料发生团聚。另外，2.31kJ/(kg·K)的比热容量和245℃的沸点，说明它是一种微波传热性能优异的溶剂。附图说明图1为Fe3O4@SiO2@ZnO的制备流程示意图。图2为不同加磁量制备的Fe3O4@SiO2@ZnO的光催化效率。图3为不同加磁量的XRD图谱：(a)0.05g·g-1，(b)0.2g·g-1，(c)0.3g·g-1。图4为不同加磁量的磁滞回线：(a)0.3g·g-1，(b)0.2g·g-1，(c)0.05g·g-1。图5为微波加热时间的FESEM形貌图：a、d(15min)，b、e(30min)，c、f(60min)。图6为不同微波加热时间制备的Fe3O4@SiO2@ZnO的光催化效率。图7为FESEM形貌图:(a)Fe3O4；(b)Fe3O4@SiO2；(c)ZnO；(d-f)Fe3O4@SiO2@ZnO。图8为XRD图谱：(a)Fe3O4@SiO2，(b)Fe3O4。图9为XRD图谱：(a)ZnO，(b)Fe3O4，(c)Fe3O4@SiO2@ZnO。图10为FT-IR光谱：(a)Fe3O4@SiO2，(b)Fe3O4。图11为FT-IR光谱：(a)ZnO，(b)Fe3O4，(c)Fe3O4@SiO2@ZnO。图12为DRS吸收光谱和(Ahv)2-hv曲线：(a)Fe3O4，(b)ZnO，(c)Fe3O4@SiO2@ZnO。图13为磁滞回线的对比：(a)Fe3O4，(b)Fe3O4@SiO2，(c)Fe3O4@SiO2@ZnO。图14为光源对光催化降解效率的影响。图15为催化剂投加量对光催化降解效率的影响。图16为对硝基苯酚初始浓度对光催化降解效率的影响。图17为对硝基苯酚初始浓度对吸附效率的影响。图18为不同光照时间的对硝基苯酚矿化度。图19为对硝基苯酚的吸收光谱变化。图20为不同pH下的最大吸收波长变化曲线。图21为对硝基苯酚初始pH值对吸附效率的影响。图22为对硝基苯酚初始pH值对光催化效率的影响。图23为HA的浓度对光催化效率的影响。图24为8次连续循环利用的光催化降解效率变化曲线。图25为光催化降解前后的XRD图谱：(a)催化前，(b)催化后。图26为零级反应动力学拟合。图27为准一级反应动力学拟合。图28为ZnO在紫外光下的光催化氧化反应机理图。图29为Fe3+提高光催化性能的机理。图30为对硝基苯酚本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Fe3O4@SiO2@ZnO磁性纳米光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)按照重量体积比为Zn(CH3COO)2·2H2O:DEG＝2.0～2.5g:90～110mL混合，并超声辅助分散10～12min，然后于微波功率为550～650W、温度为145～155℃的条件下加热5～8min，得到第一中间反应液；(2)按照重量体积比为Fe3O4@SiO2:DEG＝0.15～0.25g:15～20mL混合，并超声辅助分散10～12min，然后于微波功率为550～650W、温度为145～155℃的条件下加热5～8min，得到第二中间反应液；(3)按照体积份数计，将90～110份第一中间反应液和15～25份第二中间反应液混合，然后在微波功率为550～650W、温度为155～165℃的条件下加热15～20min，得到混合反应液；(4)待混合反应液冷却至室温，离心分离，清洗掉固体残留的DEG溶液，真空干燥后，得到Fe3O4@SiO2@ZnO磁性纳米光催化剂，保存于干燥塔内。
【技术特征摘要】
1.一种Fe3O4@SiO2@ZnO磁性纳米光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)按照重量体积比为Zn(CH3COO)2·2H2O:DEG＝2.0～2.5g:90～110mL混合，并超声辅助分散10～12min，然后于微波功率为550～650W、温度为145～155℃的条件下加热5～8min，得到第一中间反应液；(2)按照重量体积比为Fe3O4@SiO2:DEG＝0.15～0.25g:15～20mL混合，并超声辅助分散10～12min，然后于微波功率为550～650W、温度为145～155℃的条件下加热5～8min，得到第二中间反应液；(3)按照体积份数计，将90～110份第一中间反应液和15～25份第二中间反应液混合，然后在微波功率为550～650W、温度为155～165℃的条件下加热15～20min，得到混合反应液；(4)待混合反应液冷却至室温，离心分离，清洗掉固体残留的DEG溶液，真空干燥后，得到Fe3O4@SiO2@ZnO磁性纳米光催化剂，保存于干燥塔内。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Fe3O4@SiO2由如下方法制备而得：(1)按照体积份数计，将1份质量分数为25％的氨水与1.8～2.2份无水乙醇混合，配制成氨水-乙醇溶液；(2)按照体积份数计，将1份正硅酸乙酯与8～12份无水乙醇混合，配制成正硅酸乙酯-...
【专利技术属性】
技术研发人员：张寒冰，童张法，唐艳葵，覃岳隆，宋振宇，张蕾，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45
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