復(fù)合光催化材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種3D花球結(jié)構(gòu)Bi0Cl-ZnFe204復(fù)合光催化材料及其制備，屬納米復(fù)合材料制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境污染和能源短缺是當(dāng)今世界亟待解決的兩大主要問題。半導(dǎo)體光催化氧化技術(shù)已成為環(huán)境治理和太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化領(lǐng)域非?；钴S的一個(gè)研究方向，因?yàn)楣獯呋趸夹g(shù)具有高效、節(jié)能、無毒、污染物降解徹底和無二次污染等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]尖晶石結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物，由于其結(jié)構(gòu)的特殊，具有很多性能，在冶金、電子、化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域都有廣泛的用途，可以作為磁性材料、吸波材料、傳感材料、電池陰極材料和高溫工程材料等。B1Cl作為一種有良好光催化活性的半導(dǎo)體光催化材料，近年來受到研究者們的高度關(guān)注;B1Cl為間接帶隙半導(dǎo)體，具有高度各項(xiàng)異性的層狀結(jié)構(gòu)，這兩個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)能促進(jìn)光生電子和空穴的有效分離，使其具有較好的光催化活性。
[0004]有研究表明，兩種半導(dǎo)體耦合可以提高某一半導(dǎo)體的光催化量子效率，通過兩種半導(dǎo)體復(fù)合形成異質(zhì)結(jié)，可以利用兩種半導(dǎo)體能級(jí)結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)性，即兩種半導(dǎo)體材料之間的能級(jí)差有效分離電荷，達(dá)到促進(jìn)光生電子和空穴對(duì)分離、轉(zhuǎn)移和傳遞的目的，從而可以抑制光生電子和空穴的復(fù)合;同時(shí)，還可能增加半導(dǎo)體光催化劑的穩(wěn)定性。
[0005]基于以上分析，結(jié)合尖晶石結(jié)構(gòu)ZnFe204和B1Cl材料各自優(yōu)勢(shì)，利用水熱法制備3D結(jié)構(gòu)Bi0Cl_ZnFe204復(fù)合光催化材料，具有很強(qiáng)的磁性，易于回收利用；同時(shí)，能夠促進(jìn)光生電子和空穴對(duì)分離、轉(zhuǎn)移和傳遞，并抑制光生電子和空穴的復(fù)合，更有利可見光下的催化性能，而且穩(wěn)定性增強(qiáng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于使用了一種溫和易行的水熱法制備法，獲得了一種3D花球結(jié)構(gòu)的Bi0Cl-ZnFe204復(fù)合可見光光催化材料。本發(fā)明構(gòu)建類花狀3D結(jié)構(gòu)可見光催化劑體系，通過形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了可見光的吸收范圍，催化效果遠(yuǎn)大于各個(gè)單體的催化性能。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]一種3D花球結(jié)構(gòu)Bi0Cl-ZnFe204復(fù)合光催化材料，其特征在于，包括物質(zhì)的量比為4:1?1:2的B1Cl、ZnFe204，所述ZnFe204微粒包裹在形貌為3D結(jié)構(gòu)花球狀B1Cl上。
[0009]所述的3D花球結(jié)構(gòu)Bi0Cl-ZnFe204復(fù)合光催化材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0010](1)稱取Fe(N03)3.啦0固體和Ζη(Ν03)2.6H2O固體加入到去離子水中溶解得到混合溶液，磁力攪拌混合均勻;再向其中加入L( + )酒石酸固體，繼續(xù)攪拌使其充分反應(yīng);再向其中加入氫氧化鈉固體，攪拌使其充分反應(yīng);將混合液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中反應(yīng)，得到固體產(chǎn)物，用新制去離子水和乙醇洗滌，真空干燥得到ZnFe204粉末；
[0011](2)稱取步驟(1)中的制備ZnFe204粉末、BiCl3固體分散到無水乙醇中得懸濁液A，稱取NaOH固體溶于蒸餾水中得溶液B，將懸濁液A與溶液B混合，攪拌使其充分反應(yīng)后，將混合液轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中反應(yīng)，得到固體產(chǎn)物，用新制去離子水和乙醇洗滌，真空干燥得到Bi0Cl-ZnFe204粉末。
[0012]進(jìn)一步地，所述步驟(1)中，所述Fe(N03)3.9H20、Zn(N03)2.6H20、L( + )酒石酸、氫氧化鈉的物質(zhì)的量比為2:1:1:3.1，混合液中Fe(N03)3.9H20的濃度為0.lg/mL。
[0013]進(jìn)一步地，所述步驟(2)中，ZnFe204粉末與BiCl3固體物質(zhì)的量比為2:1?1:4，BiCl3固體與NaOH固體的物質(zhì)的量比1:2。
[0014]進(jìn)一步地，所述步驟(1)混合液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜的條件為180°C?200°C反應(yīng)12h?24h0
[0015]進(jìn)一步地，所述步驟(2)混合液轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜的條件為160°C?180°C反應(yīng)3h?6h。
[0016]進(jìn)一步地，所述步驟(1)、(2)真空干燥在低于100°C下干燥。
[0017]進(jìn)一步地，其中步驟(1)、(2)中新制去離子水和乙醇各洗滌三次。
[0018]本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點(diǎn):
[0019]本發(fā)明中所制備的復(fù)合光催化劑能夠促進(jìn)光生電子和空穴對(duì)分離、轉(zhuǎn)移和傳遞，并抑制光生電子和空穴的復(fù)合，更有利可見光下的催化性能；同時(shí)，采用水熱法制備所用的設(shè)備簡(jiǎn)單，不需要高溫，較低成本大量生產(chǎn)，且所用試劑對(duì)環(huán)境無污染，而且所制備的催化劑具有很強(qiáng)磁性，易于回收。
【附圖說明】
[0020]圖1 本發(fā)明的 Bi0Cl、ZnFe204、Bi0Cl-ZnFe204復(fù)合光催化劑 XRD 圖。
[0021]圖2本發(fā)明的Bi0Cl、ZnFe204、Bi0Cl-ZnFe204復(fù)合光催化劑傅里葉紅外圖。
[0022]圖3本發(fā)明的Bi0Cl、Bi0Cl-ZnFe204復(fù)合光催化劑SEM圖。
[0023]圖4本發(fā)明的Bi0Cl、ZnFe204、Bi0Cl-ZnFe204復(fù)合光催化劑光降解效果圖。
[0024]圖5本發(fā)明的Bi0Cl_ZnFe204復(fù)合光催化劑反應(yīng)后磁性回收?qǐng)D。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。
[0026]實(shí)施例1:
[0027](1)稱取Fe(N03)3.9H20固體質(zhì)量為4.04g和Ζη(Ν03)2.6H2O固體質(zhì)量為1.49g加入到40mL去離子水中溶解得到混合溶液，磁力攪拌混合均勻;再向其中緩慢加入L( + )酒石酸固體1.92g，緩慢加入完畢之后，繼續(xù)攪拌使其充分反應(yīng);再向其中緩慢加入NaOH固體4.4g，增加磁力攪拌轉(zhuǎn)速，繼續(xù)攪拌使其充分反應(yīng)30min，攪拌均勻;將混合液轉(zhuǎn)移到180°C反應(yīng)釜中反應(yīng)24h后得到固體產(chǎn)物，用新制去離子水和乙醇各洗三次，真空60°C干燥得到ZnFe204粉末。
[0028](2)稱取步驟(1)中的制備ZnFe204粉末質(zhì)量1.0g、BiCl3固體質(zhì)量為1.58g分散到35mL無水乙醇中得懸濁液A，稱取NaOH固體質(zhì)量為0.4g溶于30mL蒸餾水中得溶液B，將懸濁液A與溶液B混合，攪拌使其充分反應(yīng)30min，將混合液轉(zhuǎn)移到160°C反應(yīng)釜中反應(yīng)4h后得到固體產(chǎn)物，用新制去離子水和乙醇洗滌各洗滌三次，真空干燥得到Bi0Cl-ZnFe204粉末。
[0029]作為對(duì)照試驗(yàn)，按照步驟(2)中制備B1Cl白色粉末大方法制備B1Cl白色粉末:稱取BiCl3固體質(zhì)量為1.58g分散到35mL無水乙醇中得懸濁液A，稱取NaOH固體質(zhì)量為0.4g溶于30mL蒸餾水中得溶液B，將懸濁液A與溶液B混合，攪拌使其充分反應(yīng)30min，將混合液轉(zhuǎn)移至IJ160°C反應(yīng)釜中反應(yīng)4h后得到固體產(chǎn)物，用新制去離子水和乙醇洗滌各洗滌三次，真空干燥得到B1Cl白色粉末樣品。
[0030]將本實(shí)施例中制備的ZnFe204粉末、B1Cl白色粉末、Bi0Cl-ZnFe204粉末分別做XRD衍射光譜，所得的XRD圖如圖1所示，從圖1中看出B1Cl和ZnFe204特征衍射峰，并且在B1Cl-ZnFe204復(fù)合光催化劑XRD圖譜中可以同時(shí)看到B1Cl和ZnFe204特征衍射峰。
[0031]制得的ZnFe204粉末、B1Cl白色粉末、Bi0Cl-ZnFe204粉末分別做傅里葉紅外光譜如圖2所示，從圖2中看出B1Cl在波速為1043時(shí)有明顯特征峰，ZnFe204在波速為808時(shí)有明顯特征峰，Bi0Cl-ZnFe204復(fù)合催化劑FT-1R圖譜中可以明顯看到B1Cl和ZnFe204特征峰，SP在波速為808時(shí)有明顯特征峰又在波速為1043時(shí)有明顯特征峰。
[0032]圖1、圖2的結(jié)果表明本發(fā)明所述的3D花球結(jié)構(gòu)Bi0Cl-ZnFe204復(fù)合光催化材料的制備方法制得產(chǎn)品中含有B1Cl和ZnFe204。
[0033]制得的樣品的SEM圖如圖3所示，圖3 (a)是B1Cl的SEM圖為3D花球狀，圖3(b)是Bi0Cl-ZnFe204復(fù)合光催化劑的SEM圖譜，可以看到外層包裹很多微粒結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)在花球狀B1Cl上，進(jìn)一步說明B1Cl和ZnFe204復(fù)合成功。
[0034]分別稱取0.lg本實(shí)施例中制得的Bi0Cl、ZnFe204、Bi0Cl-ZnFe204復(fù)合光催化劑，利用光催化反應(yīng)儀進(jìn)行降解實(shí)驗(yàn)，以此觀察三種催化劑對(duì)甲基橙染料降解的催化作用，圖4為加入不同催化劑的降解甲基橙染料的光降解效果圖，從圖4中看出甲基橙染料空白試驗(yàn)中光照下比較穩(wěn)定，基本沒變化;ZnFe204降解甲基橙染料的降解率為13% ;B1Cl降解甲基橙染料的降解率為57% ;Bi0Cl-ZnFe204復(fù)合光催化劑降解率高達(dá)89% ;說明本發(fā)明所制備的Bi0Cl-ZnFe204復(fù)合光催化劑降解效果佳。
[0035]使用磁鐵將上述光降解體系中所投的Bi0Cl-ZnFe204復(fù)合光催化劑從反應(yīng)之后廢水中回收前后的廢液透明度圖如圖5(a)、圖5(b)所示，圖5所示的磁性回收催化劑對(duì)比圖說明所述B 1Cl -ZnFe204復(fù)合催化劑具有較好的磁性。
[0036]實(shí)施例2:
[0037](1)稱取Fe(N03)3.9H20固體質(zhì)量為4.04g和Ζη(Ν03)2.6H2O固體質(zhì)