铁酸锌-铁酸钴异质结复合催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及铁酸锌‑铁酸钴异质结复合催化剂及其制备方法和应用。可见光响应的铁酸锌‑铁酸钴异质结催化剂降解有机污染物，对四环素、金霉素、土霉素进行120min氧化降解，对四环素能达到78％的降解效果，对硝基苯酚进行120min还原降解，能达到60％以上的降解效果。本发明专利技术具有简便、温和、高效、成本低、对可见光吸收度高的特点，所制备的铁酸锌‑铁酸钴异质结电极材料具有带隙窄、比表面积大的特点，具有良好的可见光吸收性能和良好的稳定性，光电效率高，光电催化降解有机物效果好，能够应用于光电催化降解有机物以及传感器等领域。

【技术实现步骤摘要】
铁酸锌-铁酸钴异质结复合催化剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及可见光响应的铁酸锌-铁酸钴异质结复合催化剂及其在降解有机污染物中的应用，主要针对来自于制药行业的废水，属于水处理领域。
技术介绍
光电催化作为一种新型的废水处理技术，其在有机废水的深度处理方面已显示出广阔的应用前景，它以彻底降解有机污染物为显著优点而受到国内外研究者的普遍关注。光电催化过程具有对有机物的降解几乎无选择性，能彻底降解有机污染物，无二次污染，设备简单，投资少，效果好等独特的优点。光电催化氧化技术是半导体催化剂通过太阳光或紫外光作用产生氧化能力很强的空穴，将有机污染物降解为H2O和CO2。该技术具有对有机物的降解选择性低、价廉易得、可回收重复利用、运行费用低等特点。传统的光催化氧化技术采用TiO2为催化剂，具有价廉、无毒、催化活性高、氧化能力强、稳定性好、易于回收的特点。但是，由于TiO2的能带带隙较宽(约为3.2ev)，需要能量较高的紫外光才能使其价带中的电子受激发，而表现出光催化活性。而在自然界中，太阳光中的紫外线含量较低，只占太阳光总照度的4％左右，对太阳光的利用率较低。另外，光生电子和电子空穴的复合也导致光量子产率低，限制了该技术在实际中的应用。研究发现，铁酸盐催化剂具有良好的催化性能，其中铁酸盐由于其廉价及易得的优点受到青睐，铁酸盐的能带带隙较窄(2.0eV左右)，其对光的吸收主要集中在500nm左右，材料能够充分利用可见光，但铁酸盐的带隙较窄，光生电子和空穴很容易复合，其氧化还原能力较弱。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种可见光响应的铁酸锌-铁酸钴异质结复合催化剂及其制备方法。本专利技术的目的之二是提供一种利用铁酸锌-铁酸钴异质结复合催化剂光电催化降解废水中有机污染物的方法。针对有机物废水浓度高、化学需氧量(COD)高、难降解等特点，通过将负载催化剂的碳纸与工作电极连接、铂丝与对电极，甘汞电极与参比电极连接，通过电化学工作站给予0.8V的电压，氙灯给光进行光电催化降解。本专利技术采用的技术方案是：铁酸锌-铁酸钴异质结复合催化剂，由铁酸锌和铁酸钴，按摩尔比，ZnFe2O4：CoFe2O4＝(5-30)：1制成。铁酸锌-铁酸钴异质结复合催化剂的制备方法，包括如下步骤：将Zn(NO3)2·6H2O、FeSO4·7H2O和十二烷基三甲基溴化铵CTAB溶于水中后，加入Na2C2O4水溶液，使得按摩尔比，Zn2+：Fe2+：CTAB：C2O4-＝1：2：0.25：2，搅拌均匀后，加入铁酸钴CoFe2O4，所得混合溶液放入有特氟隆衬层的反应釜中，100℃水热反应30h，所得固体分别用二次水和无水乙醇洗涤，干燥，所得固体在氮气保护下500℃煅烧2h，升温速率为2℃/min，得到铁酸锌-铁酸钴异质结复合催化剂ZnFe2O4/CoFe2O4。优选的，上述的铁酸锌-铁酸钴异质结复合催化剂的制备方法，所述的铁酸钴CoFe2O4的制备方法为：将Fe(NO3)3·9H2O、Co(NO3)2·6H2O溶于水中，搅拌均匀，调节混合液的pH为12，继续搅拌60min，将所得溶液放入有特氟隆衬层的反应釜中，180℃水热反应12h，所得固体分别用二次水和无水乙醇洗涤，干燥，得铁酸钴CoFe2O4。上述的铁酸锌-铁酸钴异质结复合催化剂在光电催化降解有机污染物中的应用。方法如下：将上述的铁酸锌-铁酸钴异质结复合催化剂涂覆在碳纸或导电玻璃上作为工作电极，铂丝为对电极，甘汞电极为参比电极，置于反应容器中，构成三电极体系；将含有有机污染物的废水和电解质溶液加入反应容器中，调节pH为7-10，在电化学工作站给予0.8V电压和氙灯照射120min。优选的，所述的有机污染物是四环素类抗生素和对硝基苯酚。优选的，所述的四环素类抗生素是四环素、金霉素、或土霉素。优选的，所述的电解质溶液是浓度为1mol/L的Na2SO4溶液。优选的，调节pH为9。优选的，氙灯距有机污染物和电解质溶液的混合溶液的液面距离为10cm。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过铁酸锌和铁酸钴两种材料复合的方式，进一步提高光响应范围及光催化性能，提高其捕捉光子的效率，抑制电子空穴对的复合，提高电子从价带跃迁至导带的利用率，提高光催化活性。采用本专利技术的方法处理抗生素类和对硝基苯酚废水工艺简单、降低能耗、降解速度快。对四环素、金霉素、土霉素进行120min氧化降解，对四环素能达到78％的降解效果，对硝基苯酚进行120min还原降解，能达到60％以上的降解效果。本专利技术具有简便、温和、高效、成本低、对可见光吸收度高的特点，所制备的铁酸锌-铁酸钴异质结电极具有带隙窄、比表面积大的特点，具有良好的可见光吸收性能和良好的稳定性，光电效率高，光电催化降解有机物效果好，能够应用于光电催化降解有机物以及传感器等领域。附图说明图1是铁酸锌、铁酸钴和铁酸锌-铁酸钴异质结复合催化剂(摩尔比10:1)的XRD。图2是铁酸锌(a)、铁酸钴(b)和铁酸锌-铁酸钴异质结复合催化剂(c)(摩尔比10:1)的电镜。图3a是Zn的XPS。图3b是Fe的XPS。图3c是O的XPS。图3d是Co的XPS。图4是电压对降解率的影响。图5是溶液pH对降解率的影响。具体实施方式实施例1(一)铁酸钴的制备将1.72gFe(NO3)3·9H2O和0.62gCo(NO3)2·6H2O溶于25ml水中，搅拌30min，得到均匀的溶液，用6M的NaOH将溶液的pH调节为12，继续搅拌60min，将所得溶液放入有特氟隆衬层的反应釜中，180℃水热12h，将得到的固体分别用二次水和无水乙醇洗涤三次，在烘箱中60℃干燥12h，得铁酸钴CoFe2O4。(二)铁酸锌的制备将4.16gZn(NO3)2·6H2O、7.78gFeSO4·7H2O和1.23g十二烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶于35ml水中，得到均匀的溶液。然后，加入Na2C2O4水溶液(3.75gNa2C2O4溶于35ml水中)，使n(Zn2+)：n(Fe2+)：n(CTAB)：n(C2O4-)＝1：2:0.25:2，所得溶液搅拌20min，将所得混合溶液放入有特氟隆衬层的反应釜中，100℃水热反应30h，所得固体分别用二次水和无水乙醇洗涤三次，在烘箱中60℃干燥12h，得铁酸锌ZnFe2O4。(三)铁酸锌-铁酸钴异质结复合催化剂ZnFe2O4/CoFe2O4的制备将4.16gZn(NO3)2·6H2O、7.78gFeSO4·7H2O和1.23g十二烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶于35ml水中，得到均匀的溶液。然后，加入Na2C2O4水溶液(3.75gNa2C2O4溶于35ml水中)，使按摩尔比，n(Zn2+)：n(Fe2+)：n(CTAB)：n(C2O4-)＝1:2:0.25:2，所得溶液搅拌20min，获得铁酸锌ZnFe2O4反应体系。分别将不同量的(一)获得的铁酸钴CoFe2O4加入到上述获得的铁酸锌ZnFe2O4反应体系中，充分搅拌，混合均匀，形成均匀的悬浮液，将所得的悬浮液放入特氟隆反应釜中进行水热反应，100℃水热反应30h，所得固体分别用二次水和无水乙醇洗涤三次后，在烘箱中60℃干燥12h，所得固体在氮气保护下500℃煅烧2h，升温速率为2℃/min，制得不同比例的铁酸锌-铁酸钴异质结复合催化剂Zn本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.铁酸锌‑铁酸钴异质结复合催化剂，其特征在于，由铁酸锌和铁酸钴，按摩尔比，ZnFe2O4：CoFe2O4＝(5‑30)：1制成。

【技术特征摘要】
1.铁酸锌-铁酸钴异质结复合催化剂，其特征在于，由铁酸锌和铁酸钴，按摩尔比，ZnFe2O4：CoFe2O4＝(5-30)：1制成。2.权利要求1所述的铁酸锌-铁酸钴异质结复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将Zn(NO3)2·6H2O、FeSO4·7H2O和十二烷基三甲基溴化铵CTAB溶于水中后，加入Na2C2O4水溶液，使得按摩尔比，Zn2+：Fe2+：CTAB：C2O4-＝1：2：0.25：2，搅拌均匀后，加入铁酸钴CoFe2O4，所得混合溶液放入有特氟隆衬层的反应釜中，100℃水热反应30h，所得固体分别用二次水和无水乙醇洗涤，干燥，所得固体在氮气保护下500℃煅烧2h，升温速率为2℃/min，得到铁酸锌-铁酸钴异质结复合催化剂ZnFe2O4/CoFe2O4。3.根据权利要求2所述的铁酸锌-铁酸钴异质结复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述的铁酸钴CoFe2O4的制备方法为：将Fe(NO3)3·9H2O、Co(NO3)2·6H2O溶于水中，搅拌均匀，调节混合液的pH为12，继续搅拌60min，将所得溶液放入有特氟...

【专利技术属性】
技术研发人员：李莹，杨真，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21