專(zhuān)利名稱(chēng)：一種石墨烯/鐵酸鹽復(fù)合微米球狀光催化劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到光催化劑的無(wú)機(jī)合成領(lǐng)域，尤其是涉及一種石墨烯/鐵酸鹽復(fù)合微米球狀光催化劑的制備方法。
背景技術(shù)：
AFe2O4 (A=Zn, Co, Ni, Mg, Ca, Cu, Sr)鐵酸鹽是具有尖晶石型結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、磁性，可以作為光催化劑用于環(huán)保領(lǐng)域。相對(duì)于TiO2和ZnO等具有大禁帶寬度的光催化劑，鐵酸鹽不僅具有窄的禁帶寬(2 eV左右)，可以充分利用可見(jiàn)光，提高光催化效率；并且由于其磁性能，可以通過(guò)磁分離易于回收。因此，近幾年得到廣泛研究。但是，目前AFe2O4 (A=Zn, Co, Ni, Mg, Ca, Cu, Sr)鐵酸鹽的制備方法有很多，如水熱法、燃燒法、共沉淀法、高溫固相法等。但是，這些方法也具有需要特殊的帶壓裝置、反應(yīng)溫度高、不適于連續(xù)化生產(chǎn)等缺點(diǎn)。石墨烯(Graphene)是一種具有二維片狀結(jié)構(gòu)的新型碳材料,具有高的比表面積，所以具有優(yōu)異的吸附性能可以作為吸附劑處理污水中的有毒分子；另外，它還具有良好的導(dǎo)電性能，當(dāng)它與光催化劑復(fù)合后，可以接收光生電子，從而防止電子與空穴的再次復(fù)合機(jī)率，提高光能利用率。所以，可以很多研究工作者將石墨烯與其它半導(dǎo)體光催化劑復(fù)合，制備性能優(yōu)異的光催化材料。如果將Graphene和鐵酸鹽復(fù)合[AFe2O4 (A=Zn, Co, Ni, Mg,Ca, Cu, Sr)]，將得到具有優(yōu)異吸附性能，又可磁性分離的復(fù)合材料，在污水處理、有機(jī)物富集等方面有著潛在的應(yīng)用。目前，石墨烯/鐵酸鹽[AFe2O4 (A=Zn, Co, Ni, Mg, Ca, Cu,Sr)]復(fù)合微米球催化劑的制備方法主要有水熱法。該方法所需時(shí)間長(zhǎng)(24小時(shí)左右)、生產(chǎn)效率低，也不適于連續(xù)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種新的方法，可以快速制備出石墨烯/鐵酸鹽[AFe2O4 (A=Zn, Co, Ni, Mg, Ca, Cu, Sr)]復(fù)合微米球催化劑。該制備方法過(guò)程簡(jiǎn)單，易于操作，可連續(xù)化生產(chǎn)；所得復(fù)合微米球催化劑具有微米級(jí)球形形貌和優(yōu)異的吸附功能，還可以在可見(jiàn)光波段下催化有機(jī)分子，并能夠通過(guò)磁分離回收，在污水處理等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。本發(fā)明的方案是，一種石墨烯/鐵酸鹽復(fù)合微米球狀光催化劑的制備方法，步驟如下:(I)將硝酸鐵、硝酸鋅和檸檬酸加入去離子水中，攪拌得到澄清溶液；(2 )稱(chēng)取氧化石墨烯，加入至(I)所得溶液中，超聲至分散均勻；(3 )將(2 )所得混合液加至霧化裝置中，形成霧滴，用氮?dú)饣驓鍤鈳牍苁綘t中，經(jīng)反應(yīng)，收集得到黑色的石墨烯/鐵酸鹽復(fù)合微米球狀光催化劑。前面所述的制備方法，優(yōu)選的方案是，步驟(I)硝酸鐵濃度為0.02-0.2 mol/L (優(yōu)選的，硝酸鐵濃度為0.05-0.15 mol/L)。前面所述的制備方法，優(yōu)選的方案是，步驟(I)硝酸鋅濃度為硝酸鐵濃度的0.5倍。前面所述的制備方法，優(yōu)選的方案是，步驟(I)檸檬酸物質(zhì)的量為硝酸鐵物質(zhì)的量的0.5-4倍(優(yōu)選的，檸檬酸物質(zhì)的量為硝酸鐵物質(zhì)的量的2-3倍)。前面所述的制備方法，優(yōu)選的方案是，步驟(I)硝酸鋅由硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸鎂、硝酸鈣、硝酸銅或硝酸鍶替代。前面所述的制備方法，優(yōu)選的方案是，步驟(I)檸檬酸由尿素或甘氨酸代替。前面所述的制備方法，優(yōu)選的方案是，步驟(2)氧化石墨烯的濃度為1-6 g/L。前面所述的制備方法，優(yōu)選的方案是，步驟(3)管式爐爐溫控制為500-900°C。本發(fā)明涉及一種石墨烯/ 鐵酸鹽[AFe2O4 (A=Zn, Co, Ni, Mg, Ca, Cu, Sr)] %合微米球狀光催化劑的制備方法，其步驟如下:(I)將適量的硝酸鐵、硝酸鋅(或硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸鎂、硝酸鈣、硝酸銅)和檸檬酸(或尿素、甘氨酸)加入去離子水中，攪拌得到澄清溶液，其中硝酸鐵濃度為0.02-0.2 mol/L，硝酸鋅(或硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸鎂、硝酸鈣、硝酸銅、硝酸鍶)的濃度為硝酸鐵濃度的0.5倍，檸檬酸、尿素和甘氨酸的濃度分別為硝酸鐵濃度的0.5-2、2-4和1-3倍。(2)稱(chēng)取適量氧化石墨烯，加入至(I)中得到的溶液中，超聲至分散均勻，其中氧化石墨烯的濃度為1-6 g/L。(3)將(2)中所得到的混合液加至霧化裝置中，形成霧滴，用氮?dú)饣驓鍤鈳霠t溫為500-900 °C的管式爐中，經(jīng)反應(yīng)，收集得到黑色的石墨烯/鐵酸鹽復(fù)合微米球狀光催化劑。本發(fā)明的制備方法過(guò)程簡(jiǎn)單，易于操作，可連續(xù)化生產(chǎn)；所得復(fù)合微米球催化劑具有微米級(jí)球形形貌和優(yōu)異的吸附功能，還可以在可見(jiàn)光波段下催化有機(jī)分子，并能夠通過(guò)磁分離回收，在污水處理等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。本發(fā)明提供了一種制備石墨烯/鐵酸鹽[AFe2O4 (A=Zn, Co, Ni, Mg, Ca, Cu, Sr)]復(fù)合微米球催化劑的方法。該制備方法過(guò)程簡(jiǎn)單，易于操作，可連續(xù)化生產(chǎn)。所得復(fù)合微米球催化劑具有球形形貌和優(yōu)異的吸附功能，還可以在可見(jiàn)光波段下催化有機(jī)分子，并能夠通過(guò)磁分離回收，在污水處理等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。本發(fā)明具有如下有益效果:
(1)本發(fā)明的制備方法過(guò)程簡(jiǎn)單，易于操作，可連續(xù)化生產(chǎn)；
(2)該方法制得的石墨烯/鐵酸鹽復(fù)合光催化劑具有微米球狀形貌，可以在污水處理、有機(jī)物富集等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用前景。


圖1是實(shí)例I制備的石墨烯/鐵酸鈷復(fù)合微米球狀光催化劑的X射線(xiàn)衍射圖譜；圖2是實(shí)例I制備的石墨烯/鐵酸鈷復(fù)合微米球狀光催化劑對(duì)甲基橙的可見(jiàn)光催化效
果 圖3是實(shí)例I制備的石墨烯/鐵酸鈷復(fù)合微米球狀光催化劑的掃描電子顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式為了顯示本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，用下列非限定性實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施方式及效果。實(shí)施例1 一種石墨烯/鐵酸鈷復(fù)合微米球狀光催化劑的制備方法，包括如下步驟:
(I)稱(chēng)取0.006 mo I硝酸鐵、0.003 mo I硝酸鈷和0.006 mo I梓檬酸，加至100 mL去離子水中，攪拌得到澄清溶液。(2)稱(chēng)取0.3 g氧化石墨烯，加入至(I)中得到的溶液中，超聲至分散均勻，溶液中氧化石墨烯的濃度為3 g/L。(3)將(2)中所得到的混合液加至霧化裝置中，形成霧滴，用氮?dú)鈳霠t溫為700°C的管式爐中，經(jīng)反應(yīng)，收集得到黑色的石墨烯/鐵酸鈷復(fù)合微米球狀光催化劑。圖1中，所得樣品的X射線(xiàn)衍射圖譜與鐵酸鈷的標(biāo)準(zhǔn)TOF卡片上的峰位一致。說(shuō)明得到的是石墨烯/鐵酸鈷復(fù)合微米球狀光催化劑。由圖2可以看到，石墨烯/鐵酸鈷復(fù)合微米球狀光催化劑對(duì)甲基橙具有優(yōu)異的光催化性能。圖3為所制備的石墨烯/鐵酸鈷復(fù)合微米球狀光催化劑的掃描電子顯微鏡照片，從中可以明顯看到為球狀形貌，尺寸為微米級(jí)。實(shí)施例2
一種石墨烯/鐵酸鋅復(fù)合微米球狀光催化劑的制備方法，包括如下步驟:
(I)稱(chēng)取0.04 mol硝酸鐵、0.02 mol硝酸鋅和0.16 mol尿素,加至200 mL去離子水中，攪拌得到澄清溶液。(2)稱(chēng)取1.2 g氧化石墨烯，加入至(I)中得到的溶液中，超聲至分散均勻，溶液中氧化石墨烯的濃度為6 g/L。(3)將(2)中所得到的混合液加至霧化裝置中，形成霧滴，用氮?dú)鈳霠t溫為900V的管式爐中，經(jīng)反應(yīng)，收集得到黑色的石墨烯/鐵酸鋅復(fù)合微米球狀光催化劑。實(shí)施例3
一種石墨烯/鐵酸鍶復(fù)合微米球狀光催化劑的制備方法，包括如下步驟:
(I)稱(chēng)取0.002 mol硝酸鐵、0.001 mol硝酸鍶和0.006 mol甘氨酸，加至100 mL去離子水中，攪拌得到澄清溶液。(2)稱(chēng)取0.1 g氧化石墨烯，加入至(I)中得到的溶液中，超聲至分散均勻，溶液中氧化石墨烯的濃度為I g/L。(3)將(2)中所得到的混合液加至霧化裝置中，形成霧滴，經(jīng)過(guò)氬氣帶入爐溫為500 V的管式爐中，經(jīng)反應(yīng)，收集得到黑色的石墨烯/鐵酸鍶復(fù)合微米球狀光催化劑。實(shí)施例4
一種石墨烯/鐵酸鎳復(fù)合微米球狀光催化劑的制備方法，包括如下步驟:
(I)稱(chēng)取0.02 mol硝酸鐵、0.01 mol硝酸鎳和0.01 mol檸檬酸，加至100 mL去離子水中，攪拌得到澄清溶液。(2)稱(chēng)取0.3 g氧化石墨烯，加入至(I)中得到的溶液中，超聲至分散均勻，溶液中氧化石墨烯的濃度為3 g/L。(3)將(2)中所得到的混合液加至霧化裝置中，形成霧滴，經(jīng)過(guò)氬氣帶入爐溫為800 °C的管式爐中，經(jīng)反應(yīng)，收集得到黑色的石墨烯/鐵酸鎳復(fù)合微米球狀光催化劑。當(dāng)然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述舉例的基礎(chǔ)上還可以做其他不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以詳細(xì)舉例。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引申出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。
該專(zhuān)利的研發(fā)受到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51002069)資助。
權(quán)利要求
1.一種石墨烯/鐵酸鹽復(fù)合微米球狀光催化劑的制備方法，其特征是，步驟如下:(1)將硝酸鐵、硝酸鋅和檸檬酸加入去離子水中，攪拌得到澄清溶液；(2)稱(chēng)取氧化石墨烯，力口入至(I)所得溶液中，超聲至分散均勻；(3 )將(2 )所得混合液加至霧化裝置中，形成霧滴，用氮?dú)饣驓鍤鈳牍苁綘t中，經(jīng)反應(yīng)，收集得到黑色的石墨烯/鐵酸鹽復(fù)合微米球狀光催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是，步驟(I)硝酸鐵濃度為0.02-0.2 mol/L (優(yōu)選的，硝酸鐵濃度為0.05-0.15 mol/L)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征是，步驟(I)硝酸鋅濃度為硝酸鐵濃度的0.5 倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是，步驟(I)檸檬酸物質(zhì)的量為硝酸鐵物質(zhì)的量的0.5-4倍(優(yōu)選的，檸檬酸物質(zhì)的量為硝酸鐵物質(zhì)的量的2-3倍)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的制備方法，其特征是，步驟(I)硝酸鋅由硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸鎂、硝酸鈣、硝酸銅或硝酸鍶替代。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的制備方法，其特征是，步驟(I)檸檬酸由尿素或甘氨酸代替。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是，步驟(2)氧化石墨烯的濃度為1-6g/L0
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是，步驟(3)管式爐爐溫控制為500-900°C。
全文摘要
本發(fā)明提供一種石墨烯/鐵酸鹽[AFe2O4 (A=Zn,Co,Ni,Mg, Ca,Cu,Sr)]復(fù)合微米球狀光催化劑的制備方法。本發(fā)明的制備方法過(guò)程簡(jiǎn)單，易于操作，可連續(xù)化生產(chǎn)；所得復(fù)合微米球催化劑具有微米級(jí)球形形貌和優(yōu)異的吸附功能，還可以在可見(jiàn)光波段下催化有機(jī)分子，并能夠通過(guò)磁分離回收，在污水處理等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)B01J23/80GK103170336SQ20131009349
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者蒲錫鵬, 張大鳳, 劉建秀, 李紅 申請(qǐng)人:聊城大學(xué)