CN111437832A - 一种磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料及其制法 - Google Patents
一种磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料及其制法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111437832A CN111437832A CN202010386059.4A CN202010386059A CN111437832A CN 111437832 A CN111437832 A CN 111437832A CN 202010386059 A CN202010386059 A CN 202010386059A CN 111437832 A CN111437832 A CN 111437832A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- znfe
- zno
- magnetic
- photocatalytic degradation
- degradation material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 37
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 7
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims abstract description 71
- 229910001308 Zinc ferrite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 41
- 239000002057 nanoflower Substances 0.000 claims abstract description 29
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(I) nitrate Inorganic materials [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims abstract description 12
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims abstract description 12
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims abstract description 12
- 239000001509 sodium citrate Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 4
- HRXKRNGNAMMEHJ-UHFFFAOYSA-K trisodium citrate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O HRXKRNGNAMMEHJ-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims abstract description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 85
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 47
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 43
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 43
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 23
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 22
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 21
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 21
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 21
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 19
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 claims description 18
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims description 18
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 claims description 18
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 17
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 16
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 14
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 14
- 239000008247 solid mixture Substances 0.000 claims description 13
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 8
- 238000010992 reflux Methods 0.000 claims description 8
- NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K sodium citrate Chemical compound O.O.[Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O NLJMYIDDQXHKNR-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 8
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 16
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 abstract description 6
- 238000005215 recombination Methods 0.000 abstract description 6
- 230000006798 recombination Effects 0.000 abstract description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010893 electron trap Methods 0.000 abstract description 3
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 abstract description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000013508 migration Methods 0.000 abstract description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 abstract description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N zinc oxide Inorganic materials [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 108
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 65
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 22
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 20
- 239000000047 product Substances 0.000 description 12
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000003911 water pollution Methods 0.000 description 3
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004098 Tetracycline Substances 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 2
- 230000005298 paramagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 229960002180 tetracycline Drugs 0.000 description 2
- 229930101283 tetracycline Natural products 0.000 description 2
- 235000019364 tetracycline Nutrition 0.000 description 2
- 150000003522 tetracyclines Chemical class 0.000 description 2
- 230000007723 transport mechanism Effects 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 150000001491 aromatic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009388 chemical precipitation Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000000870 ultraviolet spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/002—Mixed oxides other than spinels, e.g. perovskite
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/89—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with noble metals
- B01J23/8933—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with noble metals also combined with metals, or metal oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/8953—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with noble metals also combined with metals, or metal oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with zinc, cadmium or mercury
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/33—Electric or magnetic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
- B01J35/51—Spheres
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
- B01J35/61—Surface area
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/30—Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/38—Organic compounds containing nitrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/10—Photocatalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明涉及光催化降解技术领域，且公开了一种磁性Ag‑ZnFe2O4‑ZnO三元异质结光催化降解材料，包括以下配方原料及组分：Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球、AgNO3、柠檬酸钠、聚乙烯吡咯烷酮。该一种磁性Ag‑ZnFe2O4‑ZnO三元异质结光催化降解材料，Pr掺杂ZnO具有纳米花瓣状形貌，比表面积更大Pr3+的掺杂在ZnO晶体中产生晶格缺陷，可以作为电子捕获陷阱，减少光生电子和空穴的重组，并且与ZnFe2O4形成p‑n型异质结，促进了光生电子和空穴的分离，纳米银作为电子受体，促进光生电子向纳米银迁移，进一步减少光生电子和空穴的重组，使Ag‑ZnFe2O4‑ZnO三元异质结表现出优异的光催化活性和光降解性能，ZnFe2O4的禁带宽度比ZnO更低，可以提高催化剂整体对可见光的光响应性。
Description
技术领域
本发明涉及光催化降解技术领域，具体为一种磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料及其制法。
背景技术
近年来我国的水污染问题日益严峻，污染物主要有铜、铬、汞等无机重金属离子污染物，以及有机溶剂、卤化物、芳香族化合物等有机污染物，目前对于水污染的处理方法主要有物理吸附法、化学中和法、化学沉淀法等，光催化降解是一种新型高效的水污染处理方法。
纳米氧化锌的禁带宽度约为3.2eV，是一种常见的n型半导体材料，在紫外光下具有良好的光化学活性，并且氧化锌廉价易得，污染很小，是一种应用广泛的光催化材料，但是氧化锌催化材料在可见光下的光化学活性很低，光催化性能较差，并且的光生电子和空穴很容易发生重组，大大降低了氧化锌材料的光催化活性和光降解性能。
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料及其制法，解决了氧化锌在可见光下的光化学活性很低的问题，同时解决了氧化锌的光生电子和空穴容易发生重组的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料，包括以下原料及组分：Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球、AgNO3、柠檬酸钠、聚乙烯吡咯烷酮，质量比为15-40:1:0.8-1:5-7。
优选的，所述磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂和酚醛树脂纳米微球，置于恒温超声装置中进行超声分散处理30-60min，再加入Fe(NO3)3和Zn(NO3)2，继续超声分散处理1-2h，静置老化3-5h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体混合物并干燥，固体混合物置于马弗炉中，进行煅烧和退火过程，制备得到ZnFe2O4中空微球。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、ZnFe2O4中空微球、Zn(NO3)2和Pr(NO3)3，搅拌均匀后加入氨水调节溶液pH至8.5，置于油浴锅中加热至75-90℃，匀速搅拌10-20h，在室温下静置老化6-12h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤沉淀产物并干燥，沉淀产物置于马弗炉中，进行煅烧和退火过程，制备Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球。
(3)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球、AgNO3和柠檬酸钠，超声分散均匀后加入聚乙烯吡咯烷酮，置于油浴锅中加热至80-100℃，匀速搅拌回流反应2-6h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体混合产物，并干燥，制备得到纳米Ag修饰的Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球，即为磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料。
优选的，所述步骤(1)中的恒温超声装置包括水浴槽、水浴槽外侧固定连接有保温层、水浴槽内部下方设置有恒温加热器、水浴槽内部两侧固定连接有超声器、水浴槽上方活动连接有顶盖、顶盖下表面设置有卡槽，卡槽活动连接有卡块、卡块固定连接有支撑杆、支撑杆固定连接有底座板、底座板上方设置有反应瓶。
优选的，所述步骤(1)中的酚醛树脂纳米微球、Fe(NO3)3和Zn(NO3)2的质量比为4-10:250-260:100。
优选的，所述步骤(1)中的马弗炉中升温速率为5-10℃/min，煅烧为480-540℃，煅烧时间为1.5-2.5h，退火时间为1-2h。
优选的，所述步骤(2)中的ZnFe2O4中空微球、Zn(NO3)2和Pr(NO3)3的质量比为6-15:100:0.8-2。
优选的，所述步骤(2)中的马弗炉中升温速率为5-10℃/min，煅烧温度为450-500℃，煅烧时间为1-2h，退火时间为1-1.5h。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：
该一种磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料，以酚醛树脂纳米微球作为牺牲模板，制备得到ZnFe2O4中空微球，并且通过调控退火温度，使ZnFe2O4有顺磁性向铁磁性转变，从而增强了的ZnFe2O4的磁性。
该一种磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料，ZnFe2O4中空微球作为载体，制备得到Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球，Pr掺杂ZnO具有纳米花瓣状形貌，比表面积更大，可以充分暴露出光化学活性位点，提高对光能的利用率，并且Pr3+的掺杂在ZnO晶体中产生晶格缺陷，Pr3+可以作为电子捕获陷阱，减少光生电子和空穴的重组，并且Pr掺杂ZnO和ZnFe2O4形成p-n型异质结，通过p-n型异质结载流子传输机制，促进了光生电子和空穴的分离，同时Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球原位生长出纳米银，导电性能优异的纳米银可以作为电子受体，促进光生电子向纳米银迁移，进一步减少光生电子和空穴的重组，使Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结表现出优异的光催化活性和光降解性能。
该一种磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料，ZnFe2O4的禁带宽度比ZnO更低，在可见光下具有良好的光化学活性，与Pr掺杂ZnO复合，可以提高催化剂整体对可见光光辐射的光响应性，并且催化剂中磁性优异ZnFe2O4，可以提高外加磁场对催化剂进行磁性回收，提高了催化剂的利用率同时也避免了二次污染。
附图说明
图1是恒温超声装置正面示意图；
图2是支撑杆俯视示意图；
图3是支撑杆调节示意图；
图4是支撑杆调节俯视示意图。
1-恒温超声装置；2-水浴槽；3-保温层；4-恒温加热器；5-超声器；6-顶盖；7-卡槽；8-卡块；9-支撑杆；10-底座板；11-反应瓶。
具体实施方式
为实现上述目的，本发明提供如下具体实施方式和实施例：一种磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料，包括以下原料及组分：Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球、AgNO3、柠檬酸钠、聚乙烯吡咯烷酮，质量比为15-40:1:0.8-1:5-7。
磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂和酚醛树脂纳米微球，置于恒温超声装置中，恒温超声装置包括水浴槽、水浴槽外侧固定连接有保温层、水浴槽内部下方设置有恒温加热器、水浴槽内部两侧固定连接有超声器、水浴槽上方活动连接有顶盖、顶盖下表面设置有卡槽，卡槽活动连接有卡块、卡块固定连接有支撑杆、支撑杆固定连接有底座板、底座板上方设置有反应瓶，进行超声分散处理30-60min，再加入Fe(NO3)3和Zn(NO3)2，其中酚醛树脂纳米微球、Fe(NO3)3和Zn(NO3)2的质量比为4-10:250-260:100，继续超声分散处理1-2h，静置老化3-5h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体混合物并干燥，固体混合物置于马弗炉中，升温速率为5-10℃/min，升温至480-540℃，保温煅烧1.5-2.5h，并退火1-2h，制备得到ZnFe2O4中空微球。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂，ZnFe2O4中空微球、Zn(NO3)2和Pr(NO3)3，三者质量比为6-15:100:0.8-2，搅拌均匀后加入氨水调节溶液pH至8.5，置于油浴锅中加热至75-90℃，匀速搅拌10-20h，在室温下静置老化6-12h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤沉淀产物并干燥，沉淀产物置于马弗炉中，升温速率为5-10℃/min，在450-500℃下保温煅烧1-2h，并退火1-1.5h，制备Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球。
(3)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球、AgNO3和柠檬酸钠，超声分散均匀后加入聚乙烯吡咯烷酮，置于油浴锅中加热至80-100℃，匀速搅拌回流反应2-6h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体混合产物，并干燥，制备得到纳米Ag修饰的Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球，即为磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料。
实施例1
(1)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂和酚醛树脂纳米微球，置于恒温超声装置中，恒温超声装置包括水浴槽、水浴槽外侧固定连接有保温层、水浴槽内部下方设置有恒温加热器、水浴槽内部两侧固定连接有超声器、水浴槽上方活动连接有顶盖、顶盖下表面设置有卡槽，卡槽活动连接有卡块、卡块固定连接有支撑杆、支撑杆固定连接有底座板、底座板上方设置有反应瓶，进行超声分散处理30min，再加入Fe(NO3)3和Zn(NO3)2，其中酚醛树脂纳米微球、Fe(NO3)3和Zn(NO3)2的质量比为4:250:100，继续超声分散处理1h，静置老化3h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体混合物并干燥，固体混合物置于马弗炉中，升温速率为5℃/min，升温至480℃，保温煅烧1.5h，并退火1h，制备得到ZnFe2O4中空微球。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂，ZnFe2O4中空微球、Zn(NO3)2和Pr(NO3)3，三者质量比为6:100:0.8，搅拌均匀后加入氨水调节溶液pH至8.5，置于油浴锅中加热至75℃，匀速搅拌10h，在室温下静置老化6h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤沉淀产物并干燥，沉淀产物置于马弗炉中，升温速率为5℃/min，在450℃下保温煅烧1h，并退火1h，制备Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球。
(3)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球、AgNO3和柠檬酸钠，超声分散均匀后加入聚乙烯吡咯烷酮，四者质量比为15:1:0.8:5，置于油浴锅中加热至80℃，匀速搅拌回流反应2h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体混合产物，并干燥，制备得到纳米Ag修饰的Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球，即为磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料1。
实施例2
(1)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂和酚醛树脂纳米微球，置于恒温超声装置中，恒温超声装置包括水浴槽、水浴槽外侧固定连接有保温层、水浴槽内部下方设置有恒温加热器、水浴槽内部两侧固定连接有超声器、水浴槽上方活动连接有顶盖、顶盖下表面设置有卡槽，卡槽活动连接有卡块、卡块固定连接有支撑杆、支撑杆固定连接有底座板、底座板上方设置有反应瓶，进行超声分散处理60min，再加入Fe(NO3)3和Zn(NO3)2，其中酚醛树脂纳米微球、Fe(NO3)3和Zn(NO3)2的质量比为6:254:100，继续超声分散处理2h，静置老化4h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体混合物并干燥，固体混合物置于马弗炉中，升温速率为8℃/min，升温至500℃，保温煅烧2h，并退火2h，制备得到ZnFe2O4中空微球。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂，ZnFe2O4中空微球、Zn(NO3)2和Pr(NO3)3，三者质量比为9:100:1.2，搅拌均匀后加入氨水调节溶液pH至8.5，置于油浴锅中加热至90℃，匀速搅拌20h，在室温下静置老化12h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤沉淀产物并干燥，沉淀产物置于马弗炉中，升温速率为10℃/min，在480℃下保温煅烧1h，并退火1.5h，制备Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球。
(3)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球、AgNO3和柠檬酸钠，超声分散均匀后加入聚乙烯吡咯烷酮，四者质量比为25:1:0.85:5.8，置于油浴锅中加热至100℃，匀速搅拌回流反应3h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体混合产物，并干燥，制备得到纳米Ag修饰的Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球，即为磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料2。
实施例3
(1)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂和酚醛树脂纳米微球，置于恒温超声装置中，恒温超声装置包括水浴槽、水浴槽外侧固定连接有保温层、水浴槽内部下方设置有恒温加热器、水浴槽内部两侧固定连接有超声器、水浴槽上方活动连接有顶盖、顶盖下表面设置有卡槽，卡槽活动连接有卡块、卡块固定连接有支撑杆、支撑杆固定连接有底座板、底座板上方设置有反应瓶，进行超声分散处理50min，再加入Fe(NO3)3和Zn(NO3)2，其中酚醛树脂纳米微球、Fe(NO3)3和Zn(NO3)2的质量比为8:256:100，继续超声分散处理1.5h，静置老化4h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体混合物并干燥，固体混合物置于马弗炉中，升温速率为8℃/min，升温至520℃，保温煅烧2h，并退火1.5h，制备得到ZnFe2O4中空微球。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂，ZnFe2O4中空微球、Zn(NO3)2和Pr(NO3)3，三者质量比为12:100:1.6，搅拌均匀后加入氨水调节溶液pH至8.5，置于油浴锅中加热至85℃，匀速搅拌15h，在室温下静置老化8h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤沉淀产物并干燥，沉淀产物置于马弗炉中，升温速率为8℃/min，在460℃下保温煅烧1.5h，并退火1h，制备Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球。
(3)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球、AgNO3和柠檬酸钠，超声分散均匀后加入聚乙烯吡咯烷酮，四者质量比为33:1:0.95:6.5，置于油浴锅中加热至90℃，匀速搅拌回流反应4h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体混合产物，并干燥，制备得到纳米Ag修饰的Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球，即为磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料3。
实施例4
(1)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂和酚醛树脂纳米微球，置于恒温超声装置中，恒温超声装置包括水浴槽、水浴槽外侧固定连接有保温层、水浴槽内部下方设置有恒温加热器、水浴槽内部两侧固定连接有超声器、水浴槽上方活动连接有顶盖、顶盖下表面设置有卡槽，卡槽活动连接有卡块、卡块固定连接有支撑杆、支撑杆固定连接有底座板、底座板上方设置有反应瓶，进行超声分散处理60min，再加入Fe(NO3)3和Zn(NO3)2，其中酚醛树脂纳米微球、Fe(NO3)3和Zn(NO3)2的质量比为10:260:100，继续超声分散处理2h，静置老化5h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体混合物并干燥，固体混合物置于马弗炉中，升温速率为10℃/min，升温至540℃，保温煅烧2.5h，并退火2h，制备得到ZnFe2O4中空微球。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂，ZnFe2O4中空微球、Zn(NO3)2和Pr(NO3)3，三者质量比为15:100:2，搅拌均匀后加入氨水调节溶液pH至8.5，置于油浴锅中加热至90℃，匀速搅拌20h，在室温下静置老化12h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤沉淀产物并干燥，沉淀产物置于马弗炉中，升温速率为10℃/min，在500℃下保温煅烧2h，并退火1.5h，制备Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球。
(3)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球、AgNO3和柠檬酸钠，超声分散均匀后加入聚乙烯吡咯烷酮，四者质量比为40:1:1:7，置于油浴锅中加热至100℃，匀速搅拌回流反应6h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体混合产物，并干燥，制备得到纳米Ag修饰的Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球，即为磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料4。
对比例1
(1)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂和酚醛树脂纳米微球，置于恒温超声装置中，恒温超声装置包括水浴槽、水浴槽外侧固定连接有保温层、水浴槽内部下方设置有恒温加热器、水浴槽内部两侧固定连接有超声器、水浴槽上方活动连接有顶盖、顶盖下表面设置有卡槽，卡槽活动连接有卡块、卡块固定连接有支撑杆、支撑杆固定连接有底座板、底座板上方设置有反应瓶，进行超声分散处理60min，再加入Fe(NO3)3和Zn(NO3)2，其中酚醛树脂纳米微球、Fe(NO3)3和Zn(NO3)2的质量比为2:240:100，继续超声分散处理2h，静置老化2h，将溶液离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体混合物并干燥，固体混合物置于马弗炉中，升温速率为2℃/min，升温至450℃，保温煅烧4h，并退火0.5h，制备得到ZnFe2O4中空微球。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂，ZnFe2O4中空微球、Zn(NO3)2和Pr(NO3)3，三者质量比为3:100:3，搅拌均匀后加入氨水调节溶液pH至8.5，置于油浴锅中加热至90℃，匀速搅拌20h，在室温下静置老化6h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤沉淀产物并干燥，沉淀产物置于马弗炉中，升温速率为15℃/min，在530℃下保温煅烧0.5h，并退火2h，制备Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球。
(3)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球、AgNO3和柠檬酸钠，超声分散均匀后加入聚乙烯吡咯烷酮，四者质量比为10:1:0.5:8，置于油浴锅中加热至100℃，匀速搅拌回流反应6h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体混合产物，并干燥，制备得到纳米Ag修饰的Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球，即为磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解对比材料1。
分别将实施例和对比例中的磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料置于质量分数为2％的四环素溶液中，光催化降解材料的质量分数为1％，在300W氙灯下照射6h，使用UV754N紫外可见分光光度计检测四环素的吸光度并计算降解率，测试标准为GB/T23762-2020。
综上所述，该一种磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料，以酚醛树脂纳米微球作为牺牲模板，制备得到ZnFe2O4中空微球，并且通过调控退火温度，使ZnFe2O4有顺磁性向铁磁性转变，从而增强了的ZnFe2O4的磁性。
ZnFe2O4中空微球作为载体，制备得到Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球，Pr掺杂ZnO具有纳米花瓣状形貌，比表面积更大，可以充分暴露出光化学活性位点，提高对光能的利用率，并且Pr3+的掺杂在ZnO晶体中产生晶格缺陷，Pr3+可以作为电子捕获陷阱，减少光生电子和空穴的重组，并且Pr掺杂ZnO和ZnFe2O4形成p-n型异质结，通过p-n型异质结载流子传输机制，促进了光生电子和空穴的分离，同时Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球原位生长出纳米银，导电性能优异的纳米银可以作为电子受体，促进光生电子向纳米银迁移，进一步减少光生电子和空穴的重组，使Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结表现出优异的光催化活性和光降解性能。
ZnFe2O4的禁带宽度比ZnO更低，在可见光下具有良好的光化学活性，与Pr掺杂ZnO复合，可以提高催化剂整体对可见光光辐射的光响应性，并且催化剂中磁性优异ZnFe2O4，可以提高外加磁场对催化剂进行磁性回收，提高了催化剂的利用率同时也避免了二次污染。
Claims (7)
1.一种磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料，包括以下原料及组分，其特征在于：Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球、AgNO3、柠檬酸钠、聚乙烯吡咯烷酮，质量比为15-40:1:0.8-1:5-7。
2.根据权利要求1所述的一种磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料，其特征在于：所述磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料制备方法包括以下步骤：
(1)向蒸馏水溶剂中加入酚醛树脂纳米微球，置于恒温超声装置中进行超声分散处理30-60min，再加入Fe(NO3)3和Zn(NO3)2，继续超声分散处理1-2h，静置老化3-5h，离心分离、洗涤并干燥，固体混合物置于马弗炉中，进行煅烧和退火过程，制备得到ZnFe2O4中空微球；
(2)向蒸馏水溶剂中加入ZnFe2O4中空微球、Zn(NO3)2和Pr(NO3)3，搅拌均匀后加入氨水调节溶液pH至8.5，加热至75-90℃搅拌10-20h，在室温下静置老化6-12h，过滤、洗涤并干燥，沉淀产物置于马弗炉中，进行煅烧和退火过程，制备Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球；
(3)向蒸馏水溶剂中加入Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球、AgNO3和柠檬酸钠，超声分散均匀后加入聚乙烯吡咯烷酮，加热至80-100℃回流反应2-6h，过滤、洗涤并干燥，制备得到纳米Ag修饰的Pr掺杂ZnO纳米花负载ZnFe2O4中空微球，即为磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料。
3.根据权利要求2所述的一种磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料，其特征在于：所述步骤(1)中的恒温超声装置包括水浴槽、水浴槽外侧固定连接有保温层、水浴槽内部下方设置有恒温加热器、水浴槽内部两侧固定连接有超声器、水浴槽上方活动连接有顶盖、顶盖下表面设置有卡槽，卡槽活动连接有卡块、卡块固定连接有支撑杆、支撑杆固定连接有底座板、底座板上方设置有反应瓶。
4.根据权利要求2所述的一种磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料，其特征在于：所述步骤(1)中的酚醛树脂纳米微球、Fe(NO3)3和Zn(NO3)2的质量比为4-10:250-260:100。
5.根据权利要求2所述的一种磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料，其特征在于：所述步骤(1)中的马弗炉中升温速率为5-10℃/min，煅烧为480-540℃，煅烧时间为1.5-2.5h，退火时间为1-2h。
6.根据权利要求2所述的一种磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料，其特征在于：所述步骤(2)中的ZnFe2O4中空微球、Zn(NO3)2和Pr(NO3)3的质量比为6-15:100:0.8-2。
7.根据权利要求2所述的一种磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料，其特征在于：所述步骤(2)中的马弗炉中升温速率为5-10℃/min，煅烧温度为450-500℃，煅烧时间为1-2h，退火时间为1-1.5h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010386059.4A CN111437832A (zh) | 2020-05-09 | 2020-05-09 | 一种磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料及其制法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010386059.4A CN111437832A (zh) | 2020-05-09 | 2020-05-09 | 一种磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料及其制法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111437832A true CN111437832A (zh) | 2020-07-24 |
Family
ID=71656486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010386059.4A Withdrawn CN111437832A (zh) | 2020-05-09 | 2020-05-09 | 一种磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料及其制法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111437832A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112058269A (zh) * | 2020-09-30 | 2020-12-11 | 陕西国防工业职业技术学院 | 一种铁酸锌催化剂生产装置 |
| CN114256364A (zh) * | 2021-03-04 | 2022-03-29 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种自pn结半导体纳米材料作为红外光电探测器的应用 |
| CN115739126A (zh) * | 2022-11-29 | 2023-03-07 | 湖北大学 | 一种(ZnS)mIn2S3光催化剂在光催化降解乙烯以及果蔬储藏保鲜中的应用 |
-
2020
- 2020-05-09 CN CN202010386059.4A patent/CN111437832A/zh not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112058269A (zh) * | 2020-09-30 | 2020-12-11 | 陕西国防工业职业技术学院 | 一种铁酸锌催化剂生产装置 |
| CN114256364A (zh) * | 2021-03-04 | 2022-03-29 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种自pn结半导体纳米材料作为红外光电探测器的应用 |
| CN115739126A (zh) * | 2022-11-29 | 2023-03-07 | 湖北大学 | 一种(ZnS)mIn2S3光催化剂在光催化降解乙烯以及果蔬储藏保鲜中的应用 |
| CN115739126B (zh) * | 2022-11-29 | 2024-06-07 | 湖北大学 | 一种(ZnS)mIn2S3光催化剂在光催化降解乙烯以及果蔬储藏保鲜中的应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111437832A (zh) | 一种磁性Ag-ZnFe2O4-ZnO三元异质结光催化降解材料及其制法 | |
| CN108355719B (zh) | 一种单原子钯负载共价三嗪有机聚合物复合光催化材料及其制备和应用 | |
| CN109046425A (zh) | 一种MOF基衍生的复合光催化剂TiO2/g-C3N4的制备方法 | |
| CN111437869A (zh) | 一种g-C3N4-ZnIn2S4异质结光催化产氢材料及其制法 | |
| CN105854881B (zh) | 可见光型介孔氧化亚铜/还原石墨烯复合催化剂的制备方法 | |
| CN111558375B (zh) | 一种高活性的单原子铁修饰TiO2空心微球的制备方法及其在光催化氧化NO中的应用 | |
| CN111135869B (zh) | 二氧化钛纳米带@mof复合材料的制备方法 | |
| CN111617744B (zh) | 一种基于Fe-MOFs的磁性多孔碳吸附材料及其制法 | |
| CN111495415A (zh) | 一种CdS-g-C3N4异质结光催化产氢催化剂及其制法 | |
| CN110756223A (zh) | 一种吸附催化复合材料及其在污染物处理中的应用 | |
| CN112495399A (zh) | 一种MoS2纳米花-Ag掺杂多孔BiVO4的光催化降解材料的制法 | |
| CN109420516B (zh) | 一种负载铂金属的氮化碳薄膜及其制备方法与应用 | |
| CN112973728B (zh) | 一种Pt-Cu/ZnO等离子体光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN111054419A (zh) | 一种用于CO2还原的半导体/g-C3N4光催化剂及其制备方法 | |
| CN107899594B (zh) | 一种碳点修饰羟基磷酸铜光催化材料及其制备方法 | |
| CN111939957A (zh) | 一种光催化固氮材料多孔氮化碳纳米纤维/石墨烯的制备方法 | |
| CN111298759A (zh) | 一种pn型半导体-磁性多孔碳光催化复合吸附材料及其制法 | |
| CN111592029A (zh) | 棒状镀银二氧化铈的制备方法 | |
| CN109289887B (zh) | 一种氮、钒共掺杂二氧化钛/钽酸铋z型异质结光催化剂的制备方法及应用 | |
| CN114588913B (zh) | 一种CuO/Bi/BiVO4 Z型异质结光催化剂及其制备与应用 | |
| CN107876052B (zh) | 一种催化材料Ag/BiV1-xMoxO4的制备方法 | |
| CN114522678B (zh) | 一种低温控制不同Bi2WO6光催化剂形貌的制备方法 | |
| CN113070063B (zh) | 负载金属的三氧化钨基纳米异质结材料的原位合成方法 | |
| CN110327948B (zh) | 一种三元复合纳米异质结光催化剂及制备方法、应用 | |
| CN108246364B (zh) | 一种氧化银掺杂晶态聚酰亚胺复合可见光光催化剂的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20200724 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |