CN111437861A - 一种复合光催化剂的制备及其降解重金属的方法 - Google Patents
一种复合光催化剂的制备及其降解重金属的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111437861A CN111437861A CN202010240427.4A CN202010240427A CN111437861A CN 111437861 A CN111437861 A CN 111437861A CN 202010240427 A CN202010240427 A CN 202010240427A CN 111437861 A CN111437861 A CN 111437861A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- composite photocatalyst
- heavy metal
- concentration
- water
- feocn
- 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- Withdrawn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
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 54
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 51
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 title claims abstract description 13
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 38
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 5
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 20
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 16
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 11
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 10
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 claims description 8
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 7
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 7
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 7
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 3
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 claims description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 2
- 229940046892 lead acetate Drugs 0.000 claims description 2
- RLJMLMKIBZAXJO-UHFFFAOYSA-N lead nitrate Chemical compound [O-][N+](=O)O[Pb]O[N+]([O-])=O RLJMLMKIBZAXJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- HWSZZLVAJGOAAY-UHFFFAOYSA-L lead(II) chloride Chemical compound Cl[Pb]Cl HWSZZLVAJGOAAY-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 2
- 239000008213 purified water Substances 0.000 claims description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 abstract description 5
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 abstract description 5
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 abstract description 2
- 239000010802 sludge Substances 0.000 abstract description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 35
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 26
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 21
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 19
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 18
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 13
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 9
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 9
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000009102 absorption Effects 0.000 description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 7
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 7
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000009471 action Effects 0.000 description 6
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 6
- 229910021577 Iron(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L iron dichloride Chemical compound Cl[Fe]Cl NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 5
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 3
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 210000000748 cardiovascular system Anatomy 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 210000002249 digestive system Anatomy 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 231100000086 high toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 210000000653 nervous system Anatomy 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000007540 photo-reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001782 photodegradation Methods 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 231100000683 possible toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000001055 reflectance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000000985 reflectance spectrum Methods 0.000 description 1
- 210000004994 reproductive system Anatomy 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B01J35/39—
-
- 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
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/24—Nitrogen compounds
-
- 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
- C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
- C02F11/004—Sludge detoxification
-
- 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
- C02F2101/10—Inorganic compounds
- C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
-
- 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
Abstract
本申请提供一种复合光催化剂的制备及其降解重金属的方法，属于光照法进行水、废水或污泥的处理技术领域。将含重金属铅离子的待处理物与溶剂混合，混合物中重金属铅离子的浓度为10～40mg/L；加入复合光催化剂，搅拌至相互扩散混合均匀得到均匀悬浊液，复合光催化剂添加浓度为0.5～1.5 g/L，悬浊液置于无氧环境中于可见光照射下反应，反应时长为2～10h。本申请采用FeOCN‑x（x=2,4,6,8,10）复合光催化剂降解重金属离子Pb（II），可在常温可见光照射下进行，极大提高了对太阳能的利用率，无二次污染。
Description
技术领域
本申请涉及一种复合光催化剂的制备及其降解重金属的方法，属于光照法进行水、废水或污泥的处理技术领域。
背景技术
水环境污染的主要问题之一是重金属污染。毒性大、易富集、难降解、难除去等特点是重金属元素一般所具有的。而在所有已知有毒物质中，铅就是其中一种。作为一种对人体有害的微量非放射性的重金属元素，铅在摄入人体后很难降解、排出，反之会积聚在人体组织内，对各大系统如神经系统、心血管系统、消化系统以及生殖系统等都会造成极其严重的危害，因此铅具有较强的潜在性毒性，是一种较为强悍的污染物。而水体中的铅污染主要来自工矿企业中的有色金属冶炼，化工企业中的生产废水，汽车排放的大量废气以及随意倾倒的生活垃圾等人为垃圾。
g-C3N4的禁带宽度约为2.7 eV，是一种非金属半导体光催化剂材料，其具有较大的比表面积，并且有与石墨烯相似的层状结构。在可见光照射下，光催化剂对可见光的响应活性很好。该光催化剂材料的优点是制备所需的原材料价格便宜易得，并且对环境友好。但是其缺点便是合成条件较为苛刻，大多数都在管式炉中直接热分解且一般是在氮气保护的氛围下进行。因此目前材料学家的研究热点之一便是寻找方法简化半导体材料的合成条件。
近年来，光催化剂材料能够充分氧化降解有机污染物，不会产生二次污染，且在常温常压下即可发生反应。但是催化剂的分离回收却能成为其广泛应用的制约。而在悬浮光催化剂体系中应用磁分离技术可有效解决固液分离的这一难题，而且回收后的光催化剂再生也十分方便。Fe3O4作为磁性较大的氧化物，可以通过与光催化剂材料复合从而来提高光催化剂的回收再利用。
发明内容
有鉴于此，本申请首先提供了一种复合光催化剂的制备方法，从对环境友好的处理技术出发，该制备方法可提供一种利用高效光催化剂和太阳能，在可见光下实现光化学还原，达到降解废水中重金属离子的目的。
具体地，本申请是通过以下方案实现的：
一种复合光催化剂的制备方法，其制备步骤如下：
（1）将三聚氰胺以1~3℃/min升温至500~650℃，灼烧3～5h，得g- C3N4粉末；
（2）乙醇与水的混合溶液中，加入g- C3N4粉末，超声震荡至分散均匀；
（3）向步骤（2）分散系中加入Fe2+和Fe3+的混合溶液，加热至75～90℃，缓慢滴加氨水，搅拌至反应充分；
（4）冷却过滤洗净，在50～55℃下烘干，制得复合光催化剂FeOCN-x，x表示Fe3O4与C3N4的质量比，x=2～10，更优选的，x为2、4、6、8、10中的任一值。
进一步的，作为优选：
步骤（1）中，升温速度为2℃/min，升温至550℃。
步骤（2）中，乙醇与水的体积比为1:1～4，优选为1:2。
步骤（3）中，混合溶液中，Fe2+的浓度与Fe3+的浓度比为1:1.13～1.19，更优选的，所述Fe2+的浓度为0.004～0.022mol/L，Fe3+的浓度为0.009～0.043mol/L。
本案制备的复合光催化剂是FeOCN-x（x=4时，表示为Fe3O4-g-C3N4-4）新型光催化剂。虽然g-C3N4在可见光范围内有较强的吸收，但是由于电子和光生空穴的复合作用强，因此对铅离子的光降解效率低。而Fe3O4负载到g-C3N4上，不仅可以将g-C3N4受可见光激发的电子通过Fe3O4传递给溶液中的Pb（Ⅱ），降低电子与空穴的复合率，还可以磁性回收催化剂，达到重复利用的目的。
同时，申请人还提供了上述制备的复合光催化剂降解重金属的方法，包括以下步骤：将含重金属铅离子的待处理物与溶剂混合，混合物中重金属铅离子的浓度为10～40mg/L（mg铅/L混合物）；加入复合光催化剂搅拌至相互扩散混合均匀得到均匀悬浊液，复合光催化剂添加浓度为0.5～1.5 g/L（g复合光催化剂/L悬浊液），悬浊液置于无氧环境中于可见光照射下反应，使重金属离子Pb（Ⅱ）还原。
进一步的，作为优选：
所述重金属铅为硝酸铅、醋酸铅或氯化铅。
所述溶剂采用去离子水、蒸馏水或纯净水。
所述反应时长为2～10h。
所述可见光的光源为太阳光或氙灯人造光源。
所述搅拌采用磁力搅拌。
本申请用FeOCN-x复合物降解废水中重金属离子Pb（Ⅱ）的光化学方法，是在可见光下使反应还原体系中的重金属离子Pb（Ⅱ）还原降解。其原理是在可见光源的照射激发下，g-C3N4受激发产生光生电子，并通过Fe3O4和g-C3N4之间的异质结以及Fe3O4优秀的电子传输能力转移至Pb（Ⅱ），Pb（Ⅱ）获得光生电子，发生光还原降解，从而达到有效降解重金属离子的目的，且在常温可见光照射下即可进行，极大提高了对太阳能的利用率，无二次污染。
附图说明
图1为不同比例催化剂的紫外可见漫反射光谱图；
图2为暗处理下不同比例催化剂对重金属离子Pb（II）吸附效果图；
图3为暗处理下光催化剂FeOCN-4对重金属离子Pb（II）吸附效果图；
图4为不同比例催化剂对重金属离子Pb（II）降解效果图；
图5为光照对重金属离子Pb（II）降解效率的影响图；
图6为无氧和有氧条件下催化剂对重金属离子Pb（II）降解效率对照图；
图7为催化剂浓度对重金属离子Pb（II）降解效率的影响图。
具体实施方式
实施例1：不同比例催化剂的漫反射
用紫外可见漫反射光谱对催化剂FeOCN-x的光学性质进行研究。如图1所示，纯的g-C3N4有两处明显的吸收，分别在紫外光范围内的312 nm和可见光范围内的403 nm。而Fe3O4在250 nm-700 nm范围内有一个广泛而强烈的吸收峰。当Fe3O4 和C3N4结合时，FeOCN-x在紫外光范围内的312 nm和可见光范围内的403 nm处的吸收增强。更重要的是，Fe3O4 负载到g-C3N4上时，在450～600 nm处有一个新的吸收带出现。随着Fe3O4在FeOCN-x的质量比（2%～10%）逐渐增加，FeOCN-x所产生的新吸收带强度也随之增大。这表明：复合光催化剂FeOCN-x比纯的g-C3N4可能有更好的可见光活性。
其中，上述x分别取2、4、6、8、10时，对应的制备过程如下：
FeOCN-2制备：在乙醇和水体积比为1：2的250 mL溶液中加入1 g g-C3N4粉末，超声振荡5 h，使g-C3N4分散均匀。取含有FeCl2∙4H2O和FeCl3∙6H2O的混合溶液20mL （Fe2+浓度为0.004mol/L，Fe3+浓度为0.009 mol/L），加入到g-C3N4悬浮液中，加热至80 ℃，将2 mL氨水缓慢滴加到混合物中，再继续恒温搅拌30 min。冷却至室温后过滤，用去离子水清洗3次，且在80 ℃条件下进行干燥，制得Fe3O4-g-C3N4-2催化剂。
FeOCN-4制备：在乙醇和水体积比为1：2的250 mL溶液中加入1 g g-C3N4粉末，超声振荡5 h，使g-C3N4分散均匀。取含有FeCl2∙4H2O和FeCl3∙6H2O的混合溶液20mL （Fe2+浓度为0.009 mol/L，Fe3+浓度为0.017 mol/L），加入到g-C3N4悬浮液中，加热至80 ℃，将2 mL氨水缓慢滴加到混合物中，再继续恒温搅拌30 min。冷却至室温后过滤，用去离子水清洗3次，且在80 ℃条件下进行干燥，制得Fe3O4-g-C3N4-4催化剂。
FeOCN-6制备：在乙醇和水体积比为1：2的250 mL溶液中加入1 g g-C3N4粉末，超声振荡5 h，使g-C3N4分散均匀。取含有FeCl2∙4H2O和FeCl3∙6H2O的混合溶液20mL （Fe2+浓度为0.013 mol/L，Fe3+浓度为0.026 mol/L），加入到g-C3N4悬浮液中，加热至80 ℃，将2 mL氨水缓慢滴加到混合物中，再继续恒温搅拌30 min。冷却至室温后过滤，用去离子水清洗3次，且在80 ℃条件下进行干燥，制得Fe3O4-g-C3N4-6催化剂。
FeOCN-8制备：在乙醇和水体积比为1：2的250 mL溶液中加入1 g g-C3N4粉末，超声振荡5 h，使g-C3N4分散均匀。取含有FeCl2∙4H2O和FeCl3∙6H2O的混合溶液20mL （Fe2+浓度为0.017 mol/L，Fe3+浓度为0.034 mol/L），加入到g-C3N4悬浮液中，加热至80 ℃，将2 mL氨水缓慢滴加到混合物中，再继续恒温搅拌30 min。冷却至室温后过滤，用去离子水清洗3次，且在80 ℃条件下进行干燥，制得Fe3O4-g-C3N4-8催化剂。
FeOCN-10制备：在乙醇和水体积比为1：2的250 mL溶液中加入1 g g-C3N4粉末，超声振荡5 h，使g-C3N4分散均匀。取含有FeCl2∙4H2O和FeCl3∙6H2O的混合溶液20mL （Fe2+浓度为0.022 mol/L，Fe3+浓度为0.043 mol/L），加入到g-C3N4悬浮液中，加热至80 ℃，将2 mL氨水缓慢滴加到混合物中，再继续恒温搅拌30 min。冷却至室温后过滤，用去离子水清洗3次，且在80 ℃条件下进行干燥，制得Fe3O4-g-C3N4-10催化剂。
实施例2：暗处理时不同比例光催化剂的吸附实验
在五个玻璃反应器中先加入20 mg/L的重金属离子Pb（Ⅱ）溶液17 mL，然后分别加入17mg FeOCN-2、FeOCN-4、FeOCN-6、FeOCN-8、FeOCN-10催化剂，将反应器口密封，通入氩气或氮气20 min，使反应在无氧条件下进行；磁力搅拌使Pb（Ⅱ）溶液和催化剂混合均匀，达到吸附解吸平衡，暗处搅拌10h。从图2可以看出，催化剂FeOCN-x进行10h暗搅拌后，其对Pb（Ⅱ）的吸附作用基本相近，均可保持在40%以上，其中FeOCN-4吸附作用最大。
实施例3：光处理下不同比例光催化剂的降解实验
在五个玻璃反应器中先加入20 mg/L的重金属离子Pb（Ⅱ）溶液17 mL，然后分别加入17mg FeOCN-2、FeOCN-4、FeOCN-6、FeOCN-8、FeOCN-10催化剂，将反应器口密封，通入氩气或氮气20min，使反应在无氧条件下进行；磁力搅拌使Pb（Ⅱ）溶液和催化剂分别混合均匀，达到吸附解吸平衡，使用的人造光源为500W氙灯，配置420nm的截止型滤光片，开启光源，用可见光照射10h。在可见光照射10h后，Pb（Ⅱ）基本降解50%以上，这是因为复合催化剂FeOCN-x在450～600 nm处产生了一个新的吸收峰，且负载有Fe3O4后，提高了光生电子的转移速率，降低了电子空穴复合率。反应结果见图4，在光照下不同比例的催化剂对Pb（Ⅱ）都能发生有效的降解，且FeOCN-4对Pb（Ⅱ）的降解效果最好，2h就降解了50%，说明不同比例的FeOCN-x都能导致降解反应的产生。
实施例4：不同光照下的降解实验
在玻璃反应器中先加入20 mg/L的重金属离子Pb（Ⅱ）溶液17mL，然后加入17mg FeOCN-4光催化剂，将反应器口密封，通入氩气或氮气20min，使反应在无氧条件下进行；磁力搅拌使Pb（Ⅱ）溶液和FeOCN-4催化剂混合均匀，达到吸附解吸平衡，使用的人造光源为500W氙灯，配置420nm的截止型滤光片，开启光源，用可见光照射10h。反应结果见图5，在光照条件下，重金属离子Pb（Ⅱ）发生快速的降解，两个小时降解了50%。
实施例5：有氧/无氧下的降解实验
在玻璃反应器中先加入20 mg/L的重金属离子Pb（Ⅱ）溶液17mL，然后加入17mg FeOCN-4光催化剂，将反应器口密封，通入氩气或氮气20min，使反应在无氧条件下进行；磁力搅拌使Pb（Ⅱ）溶液和FeOCN-4催化剂混合均匀，达到吸附解吸平衡，使用的人造光源为500W氙灯，配置420nm的截止型滤光片，开启光源，用可见光照射10h。反应结果见图6，在无氧条件下，重金属离子Pb（Ⅱ）发生快速的降解，2h即可降解50%，并在6h时接近降解饱和。
实施例6：不同催化剂浓度下的降解实验
在三个玻璃反应器中先加入20 mg/L的重金属离子Pb（Ⅱ）溶液17 mL，然后分别加入FeOCN-4光催化剂，使其溶液浓度为0 g/L、0.5 g/L、1 g/L、1.5 g/L。将反应器口密封，通入氩气或氮气20min，使反应在无氧条件下进行；磁力搅拌使Pb（Ⅱ）溶液和催化剂分别混合均匀，达到吸附解吸平衡，使用的人造光源为500W氙灯，配置420nm的截止型滤光片，开启光源，用可见光照射10 h。反应结果见图7，不同浓度的催化剂对Pb（Ⅱ）都有降解效果，且催化剂浓度为1g/L时，降解速率最快。
对照例1
在两个玻璃反应器中加入20 mg/L的重金属离子Pb（Ⅱ）溶液17 mL，然后加入17mgFeOCN-4催化剂，将反应器口密封，通入氩气或氮气20 min，使反应在无氧条件下进行；磁力搅拌使Pb（Ⅱ）溶液和催化剂混合均匀，达到吸附解吸平衡，分别暗处搅拌0.5h和10h。如图3所示，暗搅拌0.5 h和10 h的溶液，光催化剂FeOCN-4对重金属离子Pb（II）在0.5h时吸附率可以达到49.9%， 10h时吸附率则为44.2%。吸附率稍微有所降低，是由于搅拌时间加长很多，导致光催化剂FeOCN-4对重金属离子Pb（II）的吸附作用也稍微增强。催化剂和溶液之间不仅仅只有光催化降解还有吸附作用，暗搅拌0.5 h和10 h的溶液，催化剂对Pb(Ⅱ)的吸附也基本上相近，这说明在光催化反应前的暗搅拌0.5 h内，催化剂对Pb(Ⅱ)的已基本吸附完全。故在光照前进行半小时的暗搅拌，可以除去物理吸附作用的影响。
对照例2
在玻璃反应器中先加入20 mg/L的重金属离子Pb（Ⅱ）溶液17 mL，然后加入17mg 纯的g-C3N4，将反应器口密封，通入氩气或氮气20min，使反应在无氧条件下进行；磁力搅拌使Pb（Ⅱ）溶液FeOCN-4催化剂混合均匀，达到吸附解吸平衡，使用的人造光源为500W氙灯，配置420nm的截止型滤光片，开启光源，用可见光照射10h。加入纯的g-C3N4催化剂后，Pb（Ⅱ）在可见光照射下降解很少，这是因为g-C3N4虽然能吸收可见光区的光，但g-C3N4的电子空穴易发生复合，对Pb（Ⅱ）的降解能力弱。如图4所示，表明纯的g-C3N4对Pb（Ⅱ）的降解不明显。
对照例3
在玻璃反应器中先加入20 mg/L的重金属离子Pb（Ⅱ）溶液17mL，然后加入17mg FeOCN-4光催化剂，将反应器口密封，通入氩气或氮气20 min，使反应在无氧条件下进行；磁力搅拌使Pb（Ⅱ）溶液和FeOCN-4催化剂混合均匀，达到吸附解吸平衡，反应器置于40℃水浴中，暗处加热，加热10h。当没有光照，g-C3N4的外层电子无法吸收光能而产生跃迁，因此没有相应的光生空穴和电子产生，Pb（Ⅱ）无法得到电子而降解。如图5所示，表明重金属离子Pb（Ⅱ）未发生明显降解。
对照例4
在玻璃反应器中先加入20 mg/L的重金属离子Pb（Ⅱ）溶液17mL，然后加入17mg FeOCN-4光催化剂，将反应器口密封，通入氧气20 min，使反应在有氧条件下进行；磁力搅拌使Pb（Ⅱ）溶液FeOCN-4催化剂混合均匀，达到吸附解吸平衡，使用的人造光源为500W氙灯，配置420nm的截止型滤光片，开启光源，用可见光照射10h。当有氧气存在时，氧气跟Pb（Ⅱ）之间为竞争关系，互相争夺电子，因此Pb（Ⅱ）的降解效率没有无氧有光照的强。如图6所示，表明重金属离子Pb（Ⅱ）未发生明显降解。
Claims (10)
1.一种复合光催化剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：
（1）将三聚氰胺以1~3℃/min升温至500~650℃，灼烧3～5h，得g- C3N4粉末；
（2）乙醇与水的混合溶液中，加入g- C3N4粉末，超声震荡至分散均匀；
（3）向步骤（2）分散系中加入Fe2+和Fe3+的混合溶液，加热至75～90℃，缓慢滴加氨水，搅拌至反应充分；
（4）冷却过滤洗净，在50～55℃下烘干，制得复合光催化剂FeOCN-x，x表示Fe3O4与C3N4的质量比，x=2～10，更优选的，x为2、4、6、8、10中的任一值。
2.根据权利要求1所述的一种复合光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，升温速度为2℃/min，升温至550℃。
3.根据权利要求1所述的一种复合光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，乙醇与水的体积比为1:1～4。
4.根据权利要求1所述的一种复合光催化剂的制备方法，其特征在于：乙醇与水的体积比为1:2。
5.根据权利要求1所述的一种复合光催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，混合溶液中，Fe2+的浓度与Fe3+的浓度比为1:1.13～1.19。
6.根据权利要求1所述的一种复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述Fe2+的浓度为0.004～0.022mol/L，Fe3+的浓度为0.009～0.043mol/L。
7.一种复合光催化剂降解重金属的方法，其特征在于：将含重金属铅离子的待处理物与溶剂混合，混合物中重金属铅离子的浓度为10～40mg/L；加入权利要求1-6任一项制备的复合光催化剂，搅拌至相互扩散混合均匀得到均匀悬浊液，复合光催化剂添加浓度为0.5～1.5 g/L，悬浊液置于无氧环境中于可见光照射下反应，反应时长为2～10h。
8.根据权利要求7所述的一种复合光催化剂降解重金属的方法，其特征在于：所述搅拌采用磁力搅拌。
9.根据权利要求7所述的一种复合光催化剂降解重金属的方法，其特征在于：所述重金属铅为硝酸铅、醋酸铅或氯化铅。
10.根据权利要求7所述的一种复合光催化剂降解重金属的方法，其特征在于：所述溶剂采用去离子水、蒸馏水或纯净水。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010240427.4A CN111437861A (zh) | 2020-03-31 | 2020-03-31 | 一种复合光催化剂的制备及其降解重金属的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010240427.4A CN111437861A (zh) | 2020-03-31 | 2020-03-31 | 一种复合光催化剂的制备及其降解重金属的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111437861A true CN111437861A (zh) | 2020-07-24 |
Family
ID=71649267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010240427.4A Withdrawn CN111437861A (zh) | 2020-03-31 | 2020-03-31 | 一种复合光催化剂的制备及其降解重金属的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111437861A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114054049A (zh) * | 2021-12-02 | 2022-02-18 | 绍兴文理学院 | 一种双金属硫化物复合催化剂及其制备方法与应用 |
-
2020
- 2020-03-31 CN CN202010240427.4A patent/CN111437861A/zh not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114054049A (zh) * | 2021-12-02 | 2022-02-18 | 绍兴文理学院 | 一种双金属硫化物复合催化剂及其制备方法与应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111450819B (zh) | 生物炭改性钒酸铋催化剂、制备方法及其应用 | |
| CN109675581B (zh) | 铁锰双金属氧化物改性生物炭光芬顿复合材料及其制备方法 | |
| CN111921536B (zh) | 一种基于天然矿物和生物质制备的新型催化吸附材料 | |
| CN108993518A (zh) | 一种纳米复合材料非均相光Fenton催化剂及其制备和应用 | |
| CN108067267B (zh) | 一种可见光响应碲化镉/二氧化钛z型光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN109999752B (zh) | 一种高效吸附和降解有机污染物的多功能材料的制备方法及应用 | |
| CN105148964B (zh) | 一种三维还原氧化石墨烯‑Mn3O4/MnCO3纳米复合材料及其制备方法 | |
| CN106540672A (zh) | 一种磁性多孔污泥炭载金属氧化物催化剂及其在过硫酸盐氧化反应降解偶氮染料中的应用 | |
| CN110624566B (zh) | CuInS2量子点/NiAl-LDH复合光催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN106902803B (zh) | 复合型光催化体系CQDS-KNbO3及其制备方法和应用 | |
| CN111974404A (zh) | 光助BiFe1-xCuxO3活化过一硫酸盐处理水体残留环丙沙星的方法 | |
| CN112337490A (zh) | 一种Mn-FeOCl材料制备及其催化降解水中孔雀石绿使用方法 | |
| CN110624595A (zh) | 一种钙铟硫/碳化钛光催化复合材料及其制备方法 | |
| CN114247452A (zh) | 一种铋-硫化铋-钨酸铋复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN114105280A (zh) | 一种基于非金属复合催化材料活化过二硫酸盐处理有机废水的方法 | |
| CN109395759B (zh) | 一种具有核壳结构的Fe3C纳米粒子及其制备方法和应用 | |
| CN109158117B (zh) | 一种全光谱响应双掺杂氟化镧/凹凸棒石上转换复合光催化材料及其制备方法与应用 | |
| CN108940349B (zh) | 利用铬酸银/硫掺氮化碳z型光催化剂去除染料污染物的方法 | |
| CN113145158B (zh) | 剥离管状氮化碳光催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN114100642A (zh) | 一种具有磁性的Ag/AgBr/LaFeO3复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN111437861A (zh) | 一种复合光催化剂的制备及其降解重金属的方法 | |
| CN105170172A (zh) | 以尿素和氯化铁为原料的强还原性可见光响应光催化剂 | |
| CN111437842A (zh) | 一种复合催化剂的制备及其降解重金属的方法 | |
| CN108862814A (zh) | 一种利用铁酸铜催化剂进行污水处理的方法 | |
| CN108355686A (zh) | 一种PtO/Pt4+-BiOCl光催化剂及其制备方法和应用 |
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 |