一种制备碳包覆磁性硫化镉复合光催化剂的方法技术

一种碳包覆磁性硫化镉复合光催化剂的制备方法，其属于无机催化剂领域。本发明专利技术先用水热法制备了软磁性材料锰锌铁氧体Mn

【技术实现步骤摘要】
一种制备碳包覆磁性硫化镉复合光催化剂的方法
本专利技术涉及一种制备碳包覆磁性硫化镉(MnxZn1-xFe2O4/C/CdS)复合光催化剂的方法，属于无机环境光催化剂

技术介绍
CdS光催化剂具有出色的光敏性和可见光吸收特性，直接带隙为2.4eV，适合用于吸收太阳光，因其优秀的光催化性能而被广泛使用。但是，单一的CdS不是光稳定的，在光催化过程中会发生光腐蚀现象。目前，为克服这一缺陷而研究了多种方法，例如与其它半导体、聚合物复合形成异质结，表面负载贵金属，掺杂Zn、Mn等离子形成固溶体。研究者制备了众多改性CdS基光催化剂，例如CdS/BiOI、CdS/Bi2MoO6、CdS/g-C3N4、ZnxCd1-xS等。由于催化降解反应多是在溶液环境中进行，而CdS光催化剂本身颗粒尺寸非常小，悬浮在溶液中造成了难以回收再利用的难题，这不仅导致CdS光催化剂的流失，也会对水环境造成严重的二次污染，尤其是CdS中含有有毒金属Cd。因此，光催化剂存在的回收问题，极大限制CdS光催化剂的实际应用。为了解决这一问题，将CdS负载到磁性材料上，利用外加磁场的作用进行磁性分离，大大提升了回收效率，而且有效的复合方式能保证原有的催化活性进一步增强。现研究使用较多的磁性基体是Fe3O4和MFe2O4(M＝Zn，Co，Ni)，它们均属于软磁性材料，矫顽力为零，抗退磁能力较弱。锰锌铁氧体(MnxZn1-xFe2O4)与传统的软磁材料(如Fe3O4、MFe2O4)相比，不仅具有高饱和磁化强度(Ms)、高磁导率等特点，而且具有生产效率高、成本低及产品性能稳定等优点。因此，以锰锌铁氧体为磁性基体制备的复合磁性光催化剂的磁性强，更便于分离和循环利用。现阶段对CdS进行的磁性改性主要集中在以Fe3O4为载体的磁性基体上，如“JournalofMaterialsChemistry”2011年第21卷中的“Magnetic-fieldinducedformationof1DFe3O4/C/CdScoaxialnanochainsashighlyefficientandreusablephotocatalystsforwatertreatment”(对比文件1)，采用磁场诱导组装与微波辅助沉积法制备出复合光催化剂Fe3O4/C/CdS，即，采用水热法先合成纳米Fe3O4磁性颗粒(利用文献方法)，稀硝酸洗涤处理后Fe3O4磁性颗粒和葡萄糖溶液混合物在0.2T外磁场存在下水热法(磁场诱导组装)制备得到核壳结构链状Fe3O4/C，在加热条件下链状Fe3O4/C加入Cd2+溶液中吸附、磁分离、干燥后得到Fe3O4/C/Cd2+颗粒，最后将Fe3O4/C/Cd2+颗粒与硫代乙酰胺在微波回流系统反应得到链状夹层纳米Fe3O4/C/CdS复合光催化剂。该方法的不足之处在于：(1)工艺过程复杂，使用水热法、磁诱导水热法、加热吸附法、微波辅助反应法等，所需设备多，成本高；(2)制备的Fe3O4/C/CdS复合光催化剂，催化活性不高，对100mL浓度为5mg/L的罗丹明B溶液30min对的脱色率为94.7％；(3)硫源使用的是有机硫化物硫代乙酰胺，未给出Fe3O4/C/CdS复合光催化剂回收方式及回收率数据。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对CdS的催化活性不稳定、现有磁性CdS光催化剂回收中的问题，提出一种磁性碳包覆锰磁性硫化镉(MnxZn1-xFe2O4/C/CdS)复合光催化剂的制备方法，制备方法简单、成本低。制备的磁性MnxZn1-xFe2O4/C/CdS复合光催化剂在模拟太阳光照射下具有较高的光催化活性，且便于通过外加磁场从液相体系中分离和回收，回收后的催化剂仍具有较高的光催化活性。该方法既简易、高效地实现了资源再利用，又避免了催化剂回收不全可能带来的二次污染。本专利技术碳包覆磁性硫化镉(MnxZn1-xFe2O4/C/CdS)复合光催化剂的制备方法如下：(1)MnxZn1-xFe2O4/C的制备按照摩尔比n(MnO):n(ZnO):n(Fe2O3)＝32.8:13.3:53.9，分别称取一定量的MnSO4·H2O、ZnSO4·7H2O和Fe2(SO4)3，加入一定量的去离子水，充分搅拌得到均匀的混合溶液；称取一定量的NaOH作为沉淀剂，配制成浓度为2mol/L的NaOH溶液；磁力搅拌下将NaOH溶液缓慢地滴入混合溶液，溶液中有棕褐色絮状沉淀物生成时，快速滴加NaOH溶液，调节pH至13，继续搅拌20min；将搅拌后的溶液转入100mL的反应釜中，在烘箱中200℃加热反应5h；水热反应完成后，取出放置冷却至室温，在外加磁铁的作用下，用蒸馏水和无水乙醇反复清洗样品，放置在烘箱中60℃烘干12h，最后研磨得到粉末状MnxZn1-xFe2O4样品；称取3g葡萄糖，超声溶解到30mL去离子水中，得到浓度为0.5mol/L葡萄糖溶液；称取0.2g制备的MnxZn1-xFe2O4粉末，加入到溶液中并剧烈搅拌1h；然后，将溶液转移至50mL反应釜中，在烘箱中180℃加热5h；放置冷却至室温，同样利用外加磁铁，用蒸馏水和无水乙醇反复清洗样品，放置在烘箱中60℃烘干12h，最后研磨得到粉末状MnxZn1-xFe2O4/C样品。(2)磁性复合光催化剂MnxZn1-xFe2O4/C/CdS的制备按照摩尔比n(Cd2+):n(S2-)＝1:1.25，称取0.8g的Cd(Ac)2·2H2O超声溶解到40mL去离子水中，加入与理论生成CdS质量比为5～15:100的MnxZn1-xFe2O4/C，机械搅拌30min得到悬浊液A；称取0.9g的Na2S·9H2O超声溶解到40mL去离子水中，得到溶液B；用胶头滴管将溶液B以一定速率滴加到持续搅拌的悬浊液A中，继续搅拌后放置24h；用离心机以4000rpm转速离心，固形物用蒸馏水和无水乙醇各洗涤3次后，置入烘箱，60℃下烘干12h，研磨得到粉末状MnxZn1-xFe2O4/C/CdS样品。本专利技术采用上述技术方案，主要有以下效果：(1)本专利技术方法制备的磁性MnxZn1-xFe2O4/C/CdS复合光催化剂具有较高的光催化活性，在模拟太阳光氙灯照射下，0.1g制备的磁性MnxZn1-xFe2O4/C/CdS复合光催化材剂，分散于100mL浓度为10mg/L的罗丹明B溶液中，光照140min后对罗丹明B的降解率达到97.8％(在罗丹明B溶液浓度提高1倍的前提下，仍高于对比文件1制备的Fe3O4/C/CdS复合光催化剂)。(2)本专利技术方法制备的磁性MnxZn1-xFe2O4/C/CdS复合光催化剂在外加磁场作用下的回收，3次重复使用后的降解率仍达到96.8％。(3)本专利技术方法制备的磁性MnxZn1-xFe2O4/C/CdS复合光催化剂比表面积为96.20m2·g-1，远高于CdS的18.93m2·g-1。(4)本专利技术方法制备的磁性MnxZn1-xFe2O4/C/CdS复合光催化剂，制备操作方法简单，所需设备少，能耗低。附图说明图1为MnxZ本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳包覆磁性硫化镉复合光催化剂Mn

【技术特征摘要】
1.一种碳包覆磁性硫化镉复合光催化剂MnxZn1-xFe2O4/C/CdS的制备方法，具体步骤如下：
(1)MnxZn1-xFe2O4/C的制备
按照摩尔比MnO:ZnO:Fe2O3＝32.8:13.3:53.9，分别称取一定量的MnSO4·H2O、ZnSO4·7H2O和Fe2(SO4)3，加入一定量的去离子水，充分搅拌得到均匀的混合溶液；称取一定量的NaOH作为沉淀剂，配制成浓度为2mol/L的NaOH溶液；磁力搅拌下将NaOH溶液缓慢地滴入混合溶液，溶液中有棕褐色絮状沉淀物生成时，快速滴加NaOH溶液，调节pH至13，继续搅拌20min；将搅拌后的溶液转入100mL的反应釜中，在烘箱中200℃加热反应5h；水热反应完成后，取出放置冷却至室温，在外加磁铁的作用下，用蒸馏水和无水乙醇反复清洗样品，放置在烘箱中60℃烘干12h，最后研磨得到粉末状MnxZn1-xFe2O4样品；
称取3g葡萄糖，超声溶解到30mL去离子水中，得到浓度为0.5mol/L葡萄糖溶液；称取0.2g制备的MnxZn1-xFe2O4粉末，加入到溶液中并剧烈搅拌1h；然后，将溶液转移...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝宇，吴廷增，成勇，徐龙君，
申请(专利权)人：重庆工程职业技术学院，重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50