CN100435946C - 一种利用锡铁矿制备铁酸锌光催化材料的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用锡铁矿制备铁酸锌光催化材料的方法，属于光催化新材料技术领域。工艺为：将原料进行磨矿，过筛，焙烧，酸洗，沉淀，溶解，制备铁酸锌粉体，光催化。本发明的优点在于：制备的新型光催化粉体是由尖晶石型的半导体组成的光催化剂，可见光响应；光催化粉体的粒度为纳米尺寸，有利于光催化活性的提高，且易从悬浮体系中回收重复利用。该方法既有利于环保，又为矿产资源的综合利用开辟了一条新途径。

Description

一种利用锡铁矿制备铁酸锌光催化材料的方法
技术领域
本发明属于光催化新材料技术领域，特别是提供了一种利用锡铁矿制备铁酸锌光催化材料的方法，采用湿化学法提取铁，并用溶胶凝胶法制备光催化材料铁酸锌粉体。
背景技术
在当前资源紧缺、环境压力增大的情况下，加强矿产资源综合利用的是节约资源和合理利用资源的有效途径。矿产综合利用的一个重要领域是研究开发具有特殊性能的矿物新材料，提升资源价值。充分认识矿物的特殊性质，并应用这些性质开发新材料，可以为社会经济发展提供新材料来源。采取切实有效的措施推进矿产资源综合利用科技进步，对于环保和经济发展是十分重要的。
广西大厂锡铁矿，除含Sn外，伴生有大量的Ca，Fe等金属，这些共伴生元素的总价值不亚于锡矿本身，具有巨大的潜在经济价值，如何有效利用和回收该矿体，减少损失，降低成本，提高开发的社会经济效益，是当前面临的主要课题。
纳米铁酸锌是近年来开始合成、研究的一种半导体，它具有光电转化性能，不发生化学或者光化学腐蚀等特性，被认为是一种有潜在价值的太阳能转换材料；禁带宽度小，具有很高的光催化活性及对可见光敏感的半导体催化剂。在很多文献中已报道，直接掺杂少量铁酸锌纳米粒子的二氧化钛光催化材料中，可以使光催化活性提高很多，因此铁酸锌显示出诱人的应用前景。探索从尾矿中提取铁元素，制备纳米铁酸锌并研究其光催化性能，不仅对有机污水处理有重要的环保意义，而且可以有效利用矿产资源，制备高附加值产品，创造经济效益。
目前在国内虽然在制备铁酸锌的技术领域中有关于用分析纯通过共沉淀、溶胶凝胶法等制备不同用途性能的铁酸锌，但是用锡铁矿制备光催化材料铁酸锌的专利还没有，因此本发明是一种新技术、新工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一种利用锡铁矿制备铁酸锌光催化材料的方法，一是对尾矿进行有价元素的回收，实现资源的综合利用；二是实现了制备工艺简单，成本低廉，制备出一种高附加值产品，具有光催化性能的生态环保材料。
本发明的工艺步骤为：
(1)粉碎：用电磁制样机粉碎锡铁矿，过0.074mm筛；
(2)焙烧：将原料在800～950℃下焙烧2h～3h，保温完毕自然冷却至室温；
(3)酸洗：室温下，用浓盐酸酸洗，酸洗时间为20～24h，使铁等可溶性离子进入溶液中；
(4)沉淀：用浓氨水调节滤液Ph值到5～5.5，陈化1-2h后，过滤，得到氢氧化铁沉淀；
(5)溶解：将氢氧化铁沉淀溶于少量浓硝酸，按Zn/Fe摩尔比为1∶1.5～2.5，添加分析纯氧化锌，再加入无水乙醇，调节锌离子的浓度为0.1～0.25mol/l；
(6)络合剂：根据摩尔配比柠檬酸/铁和锌离子＝1.5～2.5∶1称取络合剂柠檬酸，用无水乙醇溶解，调节柠檬酸的浓度为0.4～0.65mol/l；
(7)溶胶：将柠檬酸的无水乙醇溶剂倒入铁和锌的硝酸溶液中，并用磁力搅拌器搅拌均匀，在水浴中55～75℃下络合反应0.5～1h，得到棕红色溶胶；
(8)焙烧：室温下，将溶胶陈化2～3天后放入80℃的烘箱中干燥10～15小时，可得棕黄色泡沫状前驱体，然后在400～600℃下焙烧，升温速率为2～4℃/min，保温时间为2～3h，保温完毕至自然冷却到室温；
(9)研磨：将焙烧后的样品研磨，微粒的比表面积在11.26m2/g～48.85m2/g范围内；
(10)光催化：在石英槽中放入浓度为8mg/L～12mg/L，pH值为3.14～4.45的甲基橙溶液100ml，加入铁酸锌粉体450～550mg，再滴加0.1～0.3ml浓双氧水，超声波分散制备的悬浮液光催化体20～40min，调节光源到烧杯侧面距离为20cm进行照射；先用增氧泵向悬浮液中鼓气，数分钟后开启光源照射30～90min，将光催化降解后的悬浮液用离心机分离2～3次，取上层清液用紫外可见分光光度计测试吸光度，从而计算可得光催化降解率。
本发明的有点在于：
1、制备的新型光催化粉体是由尖晶石型的半导体组成的光催化剂，可见光响应；
2、光催化粉体的粒度为纳米尺寸，有利于光催化活性的提高，且易从悬浮体中回收重复利用。
3、工艺操作简单，成本低，对实现尾矿的综合利用有很重要的意义。
附图说明
图1是本发明制备光催化材料铁酸锌粉体的工艺流程图
具体实施方式
以下通过对实施例的描述来介绍本发明的具体实施方式。
实施例1
此实施例中所用的锡铁矿的化学成分为：Fe 45.5％～48.7％，S 30.3％～36.5％，Si 10.3％～12.2％，Sn 1.6372％，其他成分余量。
将原料粉粹至粒径小于0.074mm，在900℃下焙烧3h，用浓盐酸酸洗24h，过滤，在滤液中滴加浓双氧水(5g/L)，氧化2h，使Fe2+转化为Fe3+；用浓氨水调节滤液Ph值到5.5，过滤氢氧化铁沉淀并洗涤；溶于少量浓硝酸，按Zn/Fe摩尔比为1∶2，添加适量分析纯氧化锌，再加入适量无水乙醇，调节锌离子的浓度为0.2mol/l；根据摩尔配比柠檬酸/铁和锌离子＝2.5∶1，称取络合剂柠檬酸，用适量无水乙醇溶解，调节柠檬酸的浓度为0.5mol/l；将柠檬酸的无水乙醇溶剂缓慢倒入铁和锌的硝酸溶液中，用磁力搅拌器搅拌均匀，在水浴中70℃下络合反应半小时，得到棕红色溶胶；室温下，将溶胶陈化2天后放入80℃的烘箱中干燥12小时，可得棕黄色泡沫状前驱体，然后在400℃下焙烧，升温速率为2℃/min，保温时间为3h；将焙烧后的样品研磨，微粒的比表面积为23.46m2/g。
在石英槽中放入浓度为10mg/L，pH值为4.45的甲基橙溶液100ml，加入铁酸锌粉体500mg，再滴加0.1ml浓双氧水，超声波分散制备的悬浮液光催化体30min，调节光源到烧杯侧面距离为20cm进行照射。先用增氧泵向悬浮液中鼓气，数分钟后开启光源照射60min。将光催化降解后的悬浮液用离心机分离两次，取中上层清液，用紫外可见分光光度计测试溶液吸光度，从而计算可得光催化降解率为14.65％。
实施例2
本实施例所用的初始原料及工艺步骤与实施例1相同，所不同的是光催化粉体是在600℃下热处理的，焙烧后的样品研磨，比表面积为48.85m2/g；光催化活性测试表明实施例制备的光催化粉体对甲基橙溶液的光催化降解率为26.76％。
实施例3
本实施例所用的初始原料及工艺步骤与实施例1相同，所不同的是光催化粉体是在800℃下热处理的，焙烧后的样品研磨，比表面积为11.26m2/g；光催化活性测试表明实施例制备的光催化粉体对甲基橙溶液的光催化降解率为21.07％。

Claims (1)

1、一种利用锡铁矿制备铁酸锌光催化材料的方法，其特征在于：工艺步骤为：
(1)粉碎：用电磁制样机粉碎锡铁矿，过0.074mm筛；
(2)焙烧：将步骤(1)得到的原料在800～950℃下焙烧2h～3h，保温完毕自然冷却至室温；
(3)酸洗：室温下，用浓盐酸酸洗，酸洗时间为20～24h，使铁和锡铁矿中其它的可溶性离子进入溶液中；
(4)沉淀：用浓氨水调节过滤步骤(3)溶液后得到的滤液pH值到5～5.5，陈化1-2h后，过滤，得到氢氧化铁沉淀；
(5)溶解：将氢氧化铁沉淀溶于少量浓硝酸，按Zn/Fe摩尔比为1∶1.5～2.5，添加分析纯氧化锌，再加入无水乙醇，调节锌离子的浓度为0.1～0.25mol/l；
(6)络合剂：根据摩尔配比柠檬酸/铁和锌离子＝1.5～2.5∶1称取络合剂柠檬酸，用无水乙醇溶解，调节柠檬酸的浓度为0.4～0.65mol/l；
(7)溶胶：将柠檬酸的无水乙醇溶液倒入步骤(5)得到的铁和锌的硝酸溶液中，并用磁力搅拌器搅拌均匀，在水浴中55～75℃下络合反应0.5～1h，得到棕红色溶胶；
(8)焙烧：室温下，将溶胶陈化2～3天后放入80℃的烘箱中干燥10～15小时，可得棕黄色泡沫状前驱体，然后在400～600℃下焙烧，升温速率为2～4℃/min，保温时间为2～3h，保温完毕至自然冷却到室温；
(9)研磨：将焙烧后的样品研磨，微粒的比表面积在11.26m2/g～48.85m2/g范围内；
(10)光催化：在石英槽中放入浓度为8mg/L～12mg/L，pH值为3.14～4.45的甲基橙溶液100ml，加入铁酸锌粉体450～550mg，再滴加0.1～0.3ml浓双氧水，超声波分散制备的悬浮液光催化体20～40min，调节光源到石英槽侧面距离为20cm进行照射；先用增氧泵向悬浮液中鼓气，数分钟后开启光源照射30～90min，将光催化降解后的悬浮液用离心机分离2～3次，取上层清液用紫外可见分光光度计测试吸光度，从而计算可得光催化降解率。
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