/ZnO復合光催化劑的制備方法
【技術領域】
[000。 本發明設及一種片狀a-Fe203/ZnO復合光催化劑的制備方法，屬于光催化劑制備 領域。
【背景技術】
[0002] 半導體異相光催化降解技術是一項新興的環境污染物凈化技術。目前所使用的 光催化材料中，雖然Ti化因氧化還原能力強、性質穩定、無毒無害等優點一直處于研究的核 屯、地位，但其至今仍存在光生電子與空穴易復合，量子效率較低，無法充分利用可見光等問 題。
[0003] ZnO擁有與Ti〇2相近的禁帶寬度和價帶能級位置，且兩者的光催化降解機理完全 相同，因此ZnO本質上亦是一種優良的光催化材料。過去ZnO用作光催化劑的研究較少，主 要是由于ZnO相比Ti化存在易發生光腐蝕及在強酸性和堿性溶液中易溶解的不足。近年 來，微納米ZnO光催化降解有機物的報道逐漸增多。加之ZnO的量子效率高于Ti化，而生產 成本相對較低，所WZnO極有可能成為繼Ti〇2之后的又一種應用前景廣泛的光催化劑。
[0004] 當前，科研人員主要通過金屬/非金屬滲雜、半導體復合和貴金屬表面擔載等方 式來改善半導體光催化劑的性能，提高光催化效率。其中復合光催化劑多為二組分體系，如 CdS/Ti化、SnOz/Ti化、化2〇3/Sn〇2和W〇3-Ti化等，它們均表現出了好于單一半導體的穩定性 和催化活性。然而，W增進ZnO光催化劑性能為目的的復合體系研究尚處在起步階段，所用 復合劑也多限于Ti化、CdS、Sn〇2等傳統半導體。因此，繼續加強ZnO復合光催化劑的合成 與應用研究是非常必要的。
[0005] 盡管a-Fe2〇3的禁帶寬度較窄，光吸收范圍擴展到了可見光區，且具有化學穩定 性高、耐酸堿、耐光腐蝕等優良特性，但迄今為止，有關a-FezCVZnO復合物制備及其光 催化性能的研究還很少。國內的周振等狂nO/Fe2〇3光催化降解苯酪.玉林師范學院學 報（自然科學），2011，32巧）：69-72)采用浸潰法將211〇負載在化2〇3上，制備出了一系 列不同質量百分比的化0/化2〇3復合光催化劑，同時證實W白識燈為光源，苯酪為降解對 象時，ZnO負載量為3%的化0/化2〇3復合光催化劑活性最高。Liu等（P;化parationand photocatalyticactivityofZn0/Fe2〇3nanotubecomposites.MaterialsScienceand 化gineeringB，2015，194 :9-13)應用光化學沉積法將化203沉積在低溫水熱法制備的ZnO納米棒表面得到了化0/化2〇3納米管，相同時間內最優反應條件所制化0/化2〇3納米 管光催化降解亞甲基藍的效率幾近ZnO納米棒的2倍。Achouri等（Aqueoussynthesis andenhancedphotocatalyticactivityofZnO/FezOsheterostructures.Journ曰Iof PhysicsandQiemistryofSolids，2014,75(10) :1081-1087)通過促使 在納米化0 表面水解的方式制得了化0/化203異質結構，并發現其在紫外光照下降解水楊酸的活性明 顯高于商用化0。與運S種方法不同，Villasefior等（Photocatalyzedmineralizationof kraftblackliquoronZn0/Fe2〇3coupledsemiconductor.EnvironmentalTechnology， 2002,23(8) :955-959)直接對ZnO與化203粉體進行機械混合獲得了ZnO/Fe2〇3禪合半導 體，其光催化降解造紙黑液中有機物的實驗結果表明，礦化速率隨化0/化2化比例的增大(0. 5-0. 7)不斷上升。雖然負載型a-FezCVZnO較經機械混合得到的化0/化2〇3禪合體 更有利于發揮Zn〇-Fe2〇3間的協同效應，但卻存在二次制備和成本較高的問題。因此，尋找 一種既簡單經濟，又能保證化0與化2〇3之間相互作用的a-Fe2〇3/ZnO復合光催化劑制備方 法意義非常明顯。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于提供一種制備片狀a-Fe2〇3/ZnO復合光催化劑的方法，該方法 反應原料少、工藝簡單、條件溫和、反應時間短、對環境無污染，是一種綠色合成工藝，容易 實現工業化。所制得的催化劑產品能在紫外-可見光照條件下有效降解有機污染物，可用 于廢水處理。
[0007] 為了實現上述發明目的，本發明所采用的技術方案如下：
[0008] 本發明包括下述步驟：
[0009] 步驟一：反應前驅液的制備：在攬拌條件下，向=價鐵鹽溶液中先滴加堿溶液，再 滴加鋒鹽溶液，滴加完畢后，繼續攬拌至混合液呈包含紅褐色物質的渾濁狀態；
[0010] 其中S價鐵鹽、堿及鋒鹽的摩爾比為（1~10) : 90 : 10 ;
[0011] 步驟二：陳化：將裝有反應前驅液的玻璃容器浸入80~99°C的水浴鍋中陳化至容 器底部覆有沉淀且反應液變澄清，經抽濾、洗涂、自然驚干，得到a-FezCVZnO復合光催化 劑。
[0012] 作為對本發明的進一步限制，本發明步驟一中所述=價鐵鹽選自硝酸鐵、氯化鐵 或硫酸鐵；所述S價鐵鹽水溶液的摩爾濃度為0. 5~2mol?L1。
[0013] 作為對本發明的進一步限制，本發明步驟一中所述=價鐵鹽為硝酸鐵；所述硝酸 鐵水溶液的摩爾濃度為Imol?L1。
[0014] 作為對本發明的進一步限制，本發明步驟一中所述堿選自氨氧化鋼、氨氧化鐘或 氨水；所述堿溶液的摩爾濃度為2~6mol?L1。
[0015] 作為對本發明的進一步限制，本發明步驟一中所述堿為氨氧化鋼；所述氨氧化鋼 水溶液的摩爾濃度為4mol?L1。
[0016] 作為對本發明的進一步限制，本發明步驟一中所述鋒鹽選自硝酸鋒、氯化鋒、醋酸 鋒或硫酸鋒；所述鋒鹽水溶液的摩爾濃度為0. 5~2mol?L1。
[0017] 作為對本發明的進一步限制，本發明步驟一中所述鋒鹽為硝酸鋒；所述硝酸鋒水 溶液的摩爾濃度為Imol?L1。
[0018] 本發明的積極效果為：本發明采用低溫陳化法一步制備a-Fe2〇3/ZnO復合光催 化劑，相較于先制備出a-Fe2〇3或ZnO再合成a-FezCVZnO復合物的兩步法和直接W純 a-Fe2〇3、純ZnO為原料的機械混合法，不僅操作步驟簡單、反應條件溫和、能耗小，還能充 分發揮a-Fe2〇3與ZnO之間的協同效應，有利于在產業化大生產時推廣。
[0019] 本發明采用低溫陳化法制備a-Fe2〇3/ZnO復合光催化劑，屬于一種無機材料合成 方法。盡管該方法中使用的溶劑也是水，但與常規的水熱合成法還是存在一定區別的。一 般常規的水熱合成法制備a-Fe2〇3/ZnO粉體需要使用高壓蓋和馬弗爐等特定設備，造價偏 高，反應時溫度多在100~240°C之間，耗能也較大。而本發明的方法使用的都是普通玻璃 儀器，陳化時所用的水浴鍋也非貴重設備，且反應溫度不超過l〇〇°C，因此相對更為簡單、經 濟。
[0020] 本發明制備的a-FezCVZnO復合光催化劑，一方面利用a-Fe2〇3和化0二者之間 的能級差異使復合半導體的禁帶寬度減小，從而擴大吸收波長的范圍，提高對可見光的利 用率；另一方面a-Fe2〇3和化0二者之間的能級差異還使得化0導帶中被激發的電子很容 易遷移到能級較低的a-Fe2〇3導帶上，令電子和空穴處于不同物相中，在一定程度上延長 電子和空穴壽命，降低它們的復合幾率，提高復合半導體的光催化性能。此外，a-Fe2〇3耐 酸堿、耐光腐蝕的優良特性能較為有效地改善化0的耐酸堿性和光穩定性，實現a-Fe2〇3/ ZnO復合光催化劑的多次回收再利用。
[00川本發明摸索了a -Fe203/ZnO復合光催化劑的最佳配比，既可利用a -Fe203和化0 之間的能級差異提高化0的光催化活性，又可避免過多的a-Fe203破壞a-Fe203在ZnO上 的分散和/或因化0價帶的位置低于a -Fe203價帶的位置，化0產生的光生空穴可轉移到 a -Fe203的價帶中去，而使多余的a -Fe203成為電子和空穴的復合中屯、，W致影響光生電 子-空穴的分離效率，降低a -Fe203/ZnO復合物的光催化性能。
【附圖說明】
[002引圖1為對比例制備的純化0光催化劑及實施例1~4制備的a -Fe203/ZnO復合光 催化劑的XRD表征圖譜；
[002引圖2為對比例制備的純化0光催化劑的陽沈M表征圖；
[0024]圖3為實施例1制備的a-FezCVZnO復合光催化劑的陽沈M表征圖；
[002引圖4為實施例2制備的a-FezCVZnO復合光催化劑的陽沈M表征圖；
[0026] 圖5為實施例3制備的a-FezCVZnO復合光催化劑的陽沈M表征圖；
[0027] 圖6為實施例4制備的a-FezCVZnO復合光催化劑的陽沈M表征圖；
[002引圖7為對比例制備的純化0光催化劑及實施例1~4制備的a -Fe203/ZnO復合光 催化劑的UV-VisDRS表征圖譜；
[0029] 圖8為對比例制備的純化0光催