一种双Z型光催化剂NiO/NiFe2O4/Fe2O3及其应用制造技术

本发明专利技术公开一种双Z型光催化剂NiO/NiFe2O4/Fe2O3及其应用。采用固相化学反应法制备该催化剂：将Ni(OH)2和Fe(OH)3粒子分散在蒸馏水中，调节悬液的pH＝8

【技术实现步骤摘要】
一种双Z型光催化剂NiO/NiFe2O4/Fe2O3及其应用


[0001]本专利技术属于光催化领域，尤其涉及一种双Z型光催化剂NiO/NiFe2O4/Fe2O3的制备及其在光催化降解废水中的有机染料为H2O、CO2和无机盐同时持续产氢中的应用。

技术介绍

[0002]随着经济和社会的快速发展，人类正面临着能源紧缺和环境污染这两个非常严峻的问题，一方面，人们生活水平的提高对能源的需求不断加大，但煤和石油等不可再生能源有限，急需发展可替代的再生能源。另一方面。随着印染工业的迅猛发展，使排入水体中的染料品种和数量也日益增多，由于工业用染料基本上都是有机染料，这类有机染料毒性大、色度深、难降解，其排入水体后会对人类社会造成严重的威胁。为了解决这两个问题，有研究人员利用光催化技术使废水中的有机物作为牺牲剂被降解的同时得到氢气作为清洁能源。
[0003]光催化技术是一种在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色技术，光催化反应以其反应条件温和以及能直接利用太阳能转化为化学能的优势而备受科研人员的关注。光催化反应就是有催化剂参与的光化学反应，其基本原理是半导体光催化剂在光照条件下产生光生电子(e
‑
)和空穴(h
+
)，e
‑
可以将水中电离产生的H
+
还原为H2，h
+
可以直接氧化并降解废水中的有机物。另一方面，h
+
可以氧化H2O生成羟基自由基(
·
OH)，e
‑
可以捕获溶于水中的氧气(O2)生成超氧自由基(
·
O2‑
)，随后生成的
·
OH和
·
O2‑
也可进一步降解废水中的有机物。最终，通过光催化反应，使有机染料矿化为无毒无害的H2O和CO2以及一些无机离子并同时持续产氢。
[0004]为了使降解同时产氢高效地进行，需要光催化剂同时兼具强的氧化和还原能力，一般符合此条件的单一半导体的太阳光利用率差，且自身的光生电子和空穴对容易复合，很难用于实际用途。研究人员为此构建了由两个匹配的半导体组成的Z型光催化体系，它一定程度上提高了太阳光的利用率、降低了光生电子和空穴的复合率、分离了氧化和还原位点，使光催化活性有所提高。但是单一Z型光催化体系的活性仍满足不了工业上的需求，需要对此进一步改进。

技术实现思路

[0005]为了解决废水中有机染料对环境和生态造成的污染问题，本专利技术设计了一种双Z型光催化体系。它能够将含有机染料的废水降解为H2O、CO2和无机盐同时持续产氢。本专利技术通过Ni(OH)2和Fe(OH)3粒子间的部分固相化学反应，在NiO和Fe2O3粒子之间生成了NiFe2O4，形成了一个双Z型的电子转移路径，从而加速了NiO和Fe2O3的光生电子的转移，提高了光催化剂的活性。再者采用前驱体粒子之间的固相反应所需的温度，比直接用NiO和Fe2O3粒子反应所需超过1000℃的高温来说大大降低能源。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：一种双Z型光催化剂NiO/NiFe2O4/Fe2O3，制备方法包括如下步骤：将Ni(OH)2悬浮液和Fe(OH)3悬浮液混合，并调节pH＝8
‑
11，并充分搅拌，经过滤、
干燥、研磨后，所得粉末在马弗炉中400
‑
600℃下煅烧1
‑
3h，冷却后再研磨，得双Z型光催化剂NiO/NiFe2O4/Fe2O3。
[0007]进一步的，上述的双Z型光催化剂NiO/NiFe2O4/Fe2O3，所述Ni(OH)2悬浮液包括如下制备步骤：在搅拌下，将NaOH水溶液滴加到Ni(NO3)2水溶液中，继续搅拌30min，沉淀用去离子水洗涤数次，最后将所得沉淀再次超声分散于去离子水中，得Ni(OH)2悬浮液。
[0008]进一步的，上述的双Z型光催化剂NiO/NiFe2O4/Fe2O3，所述Fe(OH)3悬浮液包括如下制备步骤：在搅拌下，将Fe(NO3)3水溶液滴加到NaOH水溶液中，继续搅拌30min，沉淀用去离子水洗涤数次，最后将所得沉淀再次超声分散于去离子水中，得Fe(OH)3悬浮液。
[0009]进一步的，上述的双Z型光催化剂NiO/NiFe2O4/Fe2O3，按摩尔比，NiO:NiFe2O4:Fe2O3＝1:1:1。
[0010]本专利技术提供的双Z型光催化剂NiO/NiFe2O4/Fe2O3在降解废水中有机染料的同时持续产氢中的应用。
[0011]进一步的，方法如下：于有机染料废水中，加入双Z型光催化剂NiO/NiFe2O4/Fe2O3，在太阳光照射下，废水中的有机染料降解为CO2，H2O和无机盐同时持续产氢。
[0012]进一步的，所述的有机染料为亚甲基蓝。
[0013]本专利技术的有益效果：
[0014]1.本专利技术采用固相化学反应法设计并制备了一种双Z型光催化剂NiO/NiFe2O4/Fe2O3。该光催化剂不仅有传统的光催化剂的特点，且通过结合不同带隙的半导体提高了太阳光的利用率。由于NiFe2O4价带电位值与NiO、Fe2O3的导带电位值较为相近，使得NiO、Fe2O3的导带上的光生电子容易与NiFe2O4价带上的空穴结合，形成了一个双Z型电子转移路径，使双Z型光催化剂NiO/NiFe2O4/Fe2O3兼具很高的光催化降解和产氢活性。
[0015]2.本专利技术采用了一种更为温和的反应条件，使用前驱体Ni(OH)2和Fe(OH)3来代替直接用NiO和Fe2O3，使固相化学反应的温度由1000℃下降到了400
‑
600℃，极大地节约了能源。
[0016]3.本专利技术的光催化剂保留了两个电位值更正的价带上的空穴和一个电位值更负的导带上的电子，因此它在光催化降解和产氢过程中有更强的还原和氧化能力。
[0017]3.本专利技术的光催化剂具有新颖、高效、性质较为稳定等特点，也为环境污染处理技术和清洁能源生产技术提供一个参考。
附图说明
[0018]图1是NiO、Fe2O3和NiFe2O4的标准X射线粉末衍射(XRD)图及Ni(OH)2和Fe(OH)3经过不同时间和温度处理后的X射线粉末衍射(XRD)图。
[0019]图2是NiO/NiFe2O4/Fe2O3的扫描电子显微镜(SEM)图。
[0020]图3是NiO/NiFe2O4/Fe2O3的不同倍数的透射电子显微镜(HRTEM)图。
[0021]图4是NiO、Fe2O3和NiO/NiFe2O4/Fe2O3的紫外
‑
可见漫反射光谱(UV
‑
vis DRS)图(a)及NiO(b)和Fe2O3(c)经过计算的带隙能图。
[0022]图5是NiO/NiFe2O4/Fe2O3制备过程中的煅烧温度对光催化亚甲基蓝降解活性的影响。
[0023]图6是NiO/NiFe2O4/Fe2O3制备过程中的煅烧时间对光催化亚甲基蓝降解活性的影
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双Z型光催化剂NiO/NiFe2O4/Fe2O3，其特征在于，制备方法包括如下步骤：将Ni(OH)2悬浮液和Fe(OH)3悬浮液混合，并调节pH＝8
‑
11，充分搅拌，经过滤、干燥、研磨后，所得粉末在马弗炉中400
‑
600℃下煅烧1
‑
3h，冷却后再研磨，得双Z型光催化剂NiO/NiFe2O4/Fe2O3。2.根据权利要求1所述的双Z型光催化剂NiO/NiFe2O4/Fe2O3，其特征在于，所述Ni(OH)2悬浮液包括如下制备步骤：在搅拌下，将NaOH水溶液滴加到Ni(NO3)2水溶液中，继续搅拌30min，沉淀用去离子水洗涤数次，最后将所得沉淀再次超声分散于去离子水中，得Ni(OH)2悬浮液。3.根据权利要求1所述的双Z型光催化剂NiO/NiFe2O4/Fe2O3，其特征在于，所述Fe(OH)3悬浮液包括如下...

【专利技术属性】
技术研发人员：房大维，张浩，王君，张朝红，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：