CN109794293A

CN109794293A - 一种铁基光催化剂及其降解罗丹明b的应用

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Publication number: CN109794293A
Application number: CN201910068797.1A
Authority: CN
Inventors: 郑辉; 杨思炜
Original assignee: Hangzhou Normal University
Current assignee: Hangzhou Normal University
Priority date: 2019-01-24
Filing date: 2019-01-24
Publication date: 2019-05-24
Anticipated expiration: 2039-01-24
Also published as: CN109794293B

Abstract

本发明涉及催化技术领域，公开了一种铁基光催化剂及其降解罗丹明B的应用。所述铁基光催化剂由有机胺配体和金属盐配合而成，所述金属盐包括铁盐和亚铁盐；所述有机胺配体的通式为4‑R₁‑2‑R₂‑苯胺，其中，R₁为氟、氯、溴、碘中的一种，R₂为C₁‑C₅的三氟甲基取代基、C₁‑C₃的取代硝基、C₁‑C₃的取代腈基或C₁‑C₃的取代氨基中的一种。所述亚铁盐、铁盐和有机胺配体的摩尔比为2~8:1~4:0.5~2。本发明制备了可见光下催化降解罗丹明B的铁基光催化剂。本发明通过负载合适的配体扩大了铁基催化剂的光响应范围，使其能被可见光激发，实现可见光下罗丹明B的降解。

Description

一种铁基光催化剂及其降解罗丹明B的应用

技术领域

本发明涉及催化技术领域，尤其涉及一种铁基光催化剂及其降解罗丹明B的应用。

背景技术

罗丹明B是常见的水体污染物，通常的处理方法有物理吸附，电化学氧化法和UV/H₂O₂降解，而光降解具有利用太阳能，清洁高效等优点。常用的光降解催化剂有TiO₂、Bi₂WO₆，这些光催化剂有价格昂贵、太阳能利用率不高（只能被太阳光中8.7%的紫外光激发）等缺点。铁元素来源丰富、廉价且无毒，铁基光催化剂具有较窄的禁带宽度，相比于其他金属具有更好的光吸收与激发特性。

中国发明专利公开号为CN106865685A的专利，公开了一种光催化降解罗丹明B染料废水的处理方法。该方法包括以下步骤：将氮化硼-钨酸铋复合光催化剂添加到浓度为15～25mg/L罗丹明B染料废水中，氮化硼-钨酸铋复合光催化剂与罗丹明B染料废水的比值为40～60g∶100L，在400～600W的氙灯下进行光催化反应，氙灯与所述罗丹明B染料废水的液面距离为18～22cm，完成对有机污染物的降解。该处理方法具有操作简单、成本低廉等优点。然而，该处理方法所用的氮化硼-钨酸铋复合光催化剂在氙灯照射下对罗丹明B的降解率较低，仅为75%左右，用其处理完的废水中仍然含有较多的罗丹明B。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种铁基光催化剂及其降解罗丹明B的应用。本发明通过负载合适的配体扩大了铁基催化剂的光响应范围，使其能被可见光激发，实现可见光下罗丹明B的降解。

本发明的具体技术方案为：一种铁基光催化剂，所述铁基光催化剂由有机胺配体和金属盐配合而成，所述金属盐包括铁盐和亚铁盐；所述有机胺配体的通式为4-R₁-2-R₂-苯胺，其中，R₁为氟、氯、溴、碘中的一种，R₂为C₁-C₅的三氟甲基取代基、C₁-C₃的取代硝基、C₁-C₃的取代腈基或C₁-C₃的取代氨基中的一种。

目前常用的光降解催化剂有TiO₂、Bi₂WO₆，这些光催化剂价格昂贵、太阳能利用率不高。现有的TiO₂、Bi₂WO₆等现有技术中的光降解催化剂只能被太阳光中8.7%的紫外光激发，光响应范围小，催化活性较低。本发明的铁基光催化剂能在可见光下高效催化降解罗丹明B。与现有技术中其他的光催化剂相比，本发明的铁基催化剂的可见光响应范围大。本发明选用有机胺配体与铁盐形成配合物，制得本发明的铁基光催化剂，该铁基光催化剂易被可见光激发，在光催化降解罗丹明B的反应中具有优异的催化活性。

作为优选，所述亚铁盐、铁盐和有机胺配体的摩尔比为2~8:1~4:0.5~2。当亚铁盐、铁盐和有机胺配体的摩尔比为2~8:1~4:0.5~2时，形成的配合物能够在可见光催化下高效降解罗丹明B。

作为优选，所述铁盐为氯化铁、氯化铁的水合物、硫酸铁和硫酸铁的水合物中的至少一种，所述亚铁盐为氯化亚铁、氯化亚铁的水合物、硫酸亚铁和硫酸亚铁的水合物中的至少一中。

作为优选，一种铁基光催化剂的制备方法包括以下步骤：

（1）将亚铁盐和铁盐溶于水中配制成盐溶液后，加入表面活性剂，继续搅拌，得混合盐溶液；

（2）将有机胺配体溶于乙醇水溶液中，得配体溶液；

（3）将配体溶液逐滴加入到搅拌中的混合盐溶液中，搅拌过夜后静置，离心，并用去离子水洗涤，干燥后得到铁基光催化剂。

本发明制备铁基光催化剂的制备方法简单，容易操作，制得的铁基光催化剂光响应范围大，光催化活性高。

作为优选，步骤（1）中，所述盐溶液中铁盐的浓度为0.05~0.25g/mL；所述表面活性剂在盐溶液中的浓度为0.02~0.5g/mL；所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、α-烯基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基醇酰胺、烷基酚聚氧乙烯醚、十六烷基二甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵和十二烷基二甲基氧化胺中的至少一种；步骤（2）中，所述有机胺配体在乙醇水溶液中的浓度为0.03~0.15g/mL，所述乙醇水溶液中乙醇和水的体积比为1:0.8~1.2；步骤（3）中，所述干燥温度为50~90℃，干燥时间为3~10h。

一种铁基光催化剂降解罗丹明B的应用，所述铁基光催化剂能用来降解水体污染物罗丹明B，其降解方法为：将铁基光催化剂加入罗丹明B水溶液中，在可见光下进行降解反应。

本发明的铁基光催化剂能用来降解水体污染物罗丹明B，且铁基光催化剂的用量少，罗丹明B的降解率高。

作为优选，所述铁基光催化剂的用量为每1L罗丹明B水溶液用铁基光催化剂0.2~50mg；所述罗丹明B水溶液的浓度为2~20mg/L。

作为优选，所述铁基光催化剂的用量为每1L罗丹明B水溶液用铁基光催化剂2~20mg；所述罗丹明B水溶液的浓度为8~15mg/L。

作为优选，所述可见光光源的功率为300~600W；所述降解反应时间为1~5h，降解率为85~100%。

作为优选，所述降解反应时间为2~3h，降解率为95~98%。

本发明制得的铁基光催化剂在可见光下，能够在短时间内将水体污染物罗丹明B降解，且降解效率高，通过吸光度测定，本发明的铁基光催化剂在可见光下催化降解罗丹明B，2h后，溶液中的罗丹明B几乎完全降解。本发明的可见光的光源为功率为300~600W的太阳光模拟器。

与现有技术对比，本发明的有益效果是：本发明通过负载合适的配体扩大了铁基催化剂的光响应范围，使其能被可见光激发，实现可见光下罗丹明B的降解。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。在本发明中所涉及的装置、连接结构和方法，若无特指，均为本领域公知的装置、连接结构和方法。

实施例1

一种铁基光催化剂，由有机胺配体和金属盐配合而成，所述有机胺配体为4-氟-2-三氟甲基苯胺，所述金属盐包括铁盐和亚铁盐。所述亚铁盐、铁盐和4-氟-2-三氟甲基苯胺的摩尔比为2:4:1。所述铁盐为氯化铁，所述亚铁盐为氯化亚铁。

一种铁基光催化剂的制备方法包括以下步骤：

（1）将氯化亚铁和氯化铁溶于水中配制成盐溶液后，盐溶液中氯化铁的浓度为0.162g/mL；加入十二烷基硫酸钠，所述十二烷基硫酸钠在盐溶液中的浓度为0.036g/mL；继续搅拌，得混合盐溶液；

（2）将4-氟-2-三氟甲基苯胺溶于乙醇水溶液中，所述4-氟-2-三氟甲基苯胺在乙醇水溶液中的浓度为0.09g/mL，所述乙醇水溶液中乙醇和水的体积比为1:1；得配体溶液；

（3）将配体溶液逐滴加入到搅拌中的混合盐溶液中，搅拌过夜后静置，离心，并用去离子水洗涤3次，在80℃干燥8h后得到铁基光催化剂。

一种铁基光催化剂降解罗丹明B的应用，所述铁基光催化剂能用来降解水体污染物罗丹明B，其降解方法为：将2mg铁基光催化剂加入1000mL浓度为10mg/L的罗丹明B水溶液中，在光源功率为500W的可见光下，搅拌，每隔20min取一次样于离心管中，离心，取上清液测量吸光度，确定罗丹明B情况，2h后，降解率为98%。

实施例2

一种铁基光催化剂，由有机胺配体和金属盐配合而成，所述有机胺配体为4-氟-2-三氟乙基苯胺，所述金属盐包括铁盐和亚铁盐。所述亚铁盐、铁盐和4-氟-2-三氟乙基苯胺的摩尔比为5:3:2。所述铁盐为氯化铁，所述亚铁盐为氯化亚铁。

一种铁基光催化剂的制备方法包括以下步骤：

（1）将氯化亚铁和氯化铁溶于水中配制成盐溶液后，盐溶液中氯化铁的浓度为0.25g/mL；加入十二烷基苯磺酸钠，所述十二烷基苯磺酸钠在盐溶液中的浓度为0.5g/mL；继续搅拌，得混合盐溶液；

（2）将4-氟-2-三氟乙基苯胺溶于乙醇水溶液中，所述4-氟-2-三氟乙基苯胺在乙醇水溶液中的浓度为0.15g/mL，所述乙醇水溶液中乙醇和水的体积比为1:1.2；得配体溶液；

（3）将配体溶液逐滴加入到搅拌中的混合盐溶液中，搅拌过夜后静置，离心，并用去离子水洗涤3次，在90℃干燥6h后得到铁基光催化剂。

一种铁基光催化剂降解罗丹明B的应用，所述铁基光催化剂能用来降解水体污染物罗丹明B，其降解方法为：将5mg铁基光催化剂加入1000mL浓度为12mg/L的罗丹明B水溶液中，在光源功率为600W的可见光下，搅拌，每隔20min取一次样于离心管中，离心，取上清液测量吸光度，确定罗丹明B情况，3h后，降解率为98%。

实施例3

一种铁基光催化剂，由有机胺配体和金属盐配合而成，所述有机胺配体为4-溴-2-三氟丙基苯胺，所述金属盐包括铁盐和亚铁盐。所述亚铁盐、铁盐和4-溴-2-三氟丙基苯胺的摩尔比为3:3:1。所述铁盐为硫酸铁，所述亚铁盐为硫酸亚铁。

一种铁基光催化剂的制备方法包括以下步骤：

（1）将硫酸亚铁和硫酸铁溶于水中配制成盐溶液后，盐溶液中硫酸铁的浓度为0.162g/mL；加入α-烯基磺酸钠，所述α-烯基磺酸钠在盐溶液中的浓度为0.036g/mL；继续搅拌，得混合盐溶液；

（2）将4-溴-2-三氟丙基苯胺溶于乙醇水溶液中，所述4-溴-2-三氟丙基苯胺在乙醇水溶液中的浓度为0.1g/mL，所述乙醇水溶液中乙醇和水的体积比为1:1；得配体溶液；

（3）将配体溶液逐滴加入到搅拌中的混合盐溶液中，搅拌过夜后静置，离心，并用去离子水洗涤4次，在70℃干燥10h后得到铁基光催化剂。

一种铁基光催化剂降解罗丹明B的应用，所述铁基光催化剂能用来降解水体污染物罗丹明B，其降解方法为：将10mg铁基光催化剂加入1000mL浓度为15mg/L的罗丹明B水溶液中，在光源功率为400W的可见光下，搅拌，每隔20min取一次样于离心管中，离心，取上清液测量吸光度，确定罗丹明B情况，2.5h后，降解率为97%。

对比例1

对比例1与实施例1的不同之处在于：所述亚铁盐、铁盐和4-氟-2-三氟甲基苯胺的摩尔比为1:5:2.5，其他制备铁基光催化剂的方法均与实施例1相同。

一种铁基光催化剂降解罗丹明B的应用，所述铁基光催化剂能用来降解水体污染物罗丹明B，其降解方法为：将2mg铁基光催化剂加入1000mL浓度为10mg/L的罗丹明B水溶液中，在可见光下，搅拌，每隔20min取一次样于离心管中，离心，取上清液测量吸光度，确定罗丹明B情况，2h后，降解率为80%。

以上所述，仅是发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种铁基光催化剂，其特征在于：所述铁基光催化剂由有机胺配体和金属盐配合而成，所述金属盐包括铁盐和亚铁盐；所述有机胺配体的通式为4-R₁-2-R₂-苯胺，其中，R₁为氟、氯、溴、碘中的一种，R₂为C₁-C₅的三氟甲基取代基、C₁-C₃的取代硝基、C₁-C₃的取代腈基或C₁-C₃的取代氨基中的一种。

2.如权利要求1所述的一种铁基光催化剂，其特征在于：所述亚铁盐、铁盐和有机胺配体的摩尔比为2~8:1~4:0.5~2。

3.如权利要求2所述的一种铁基光催化剂，其特征在于：所述铁盐为氯化铁、氯化铁的水合物、硫酸铁和硫酸铁的水合物中的至少一种，所述亚铁盐为氯化亚铁、氯化亚铁的水合物、硫酸亚铁和硫酸亚铁的水合物中的至少一中。

4.如权利要求3所述的一种铁基光催化剂，其特征在于：所述铁基光催化剂的制备方法包括以下步骤：

（2）将有机胺配体溶于乙醇水溶液中，得配体溶液；

5.如权利要求4所述的一种铁基光催化剂，其特征在于：步骤（1）中，所述盐溶液中铁盐的浓度为0.05~0.25g/mL；所述表面活性剂在盐溶液中的浓度为0.02~0.5g/mL；所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、α-烯基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基醇酰胺、烷基酚聚氧乙烯醚、十六烷基二甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵和十二烷基二甲基氧化胺中的至少一种；步骤（2）中，所述有机胺配体在乙醇水溶液中的浓度为0.03~0.15g/mL，所述乙醇水溶液中乙醇和水的体积比为1:0.8~1.2；步骤（3）中，所述干燥温度为50~90℃，干燥时间为3~10h。

6.一种如权利要求1~5任一所述的铁基光催化剂降解罗丹明B的应用，其特征在于：所述铁基光催化剂能用来降解水体污染物罗丹明B，其降解方法为：将铁基光催化剂加入罗丹明B水溶液中，在可见光下进行降解反应。

7.如权利要求6所述的一种铁基光催化剂降解罗丹明B的应用，其特征在于：所述铁基光催化剂的用量为每1L罗丹明B水溶液用铁基光催化剂0.2~50mg；所述罗丹明B水溶液的浓度为2~20mg/L。

8.如权利要求7所述的一种铁基光催化剂降解罗丹明B的应用，其特征在于：所述铁基光催化剂的用量为每1L罗丹明B水溶液用铁基光催化剂2~20mg；所述罗丹明B水溶液的浓度为8~15mg/L。

9.如权利要求6所述的一种铁基光催化剂降解罗丹明B的应用，其特征在于：所述可见光光源的功率为300~600W；所述降解反应时间为1~5h，降解率为85~100%。

10.如权利要求9所述的一种铁基光催化剂降解罗丹明B的应用，其特征在于：所述降解反应时间为2~3h，降解率为95~98%。