CN111841596A - 一种铁锌复合光催化剂及其在降解罗丹明b中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光催化技术领域，尤其是涉及一种铁锌复合光催化剂及其在降解罗丹明B中的应用，包括g‑C3N4@ZnO配体与主要成分为Fe3O4的铁基复合物组成的具有若干孔隙的球状结构的配合物以及其制备方法；还包括该催化剂在降解罗丹明B中的作用：在罗丹明B的初始浓度为0.1‑5mg/L、pH为5‑6、温度为25‑40℃、一种铁锌复合光催化剂用量为0.2‑3mg/L的条件下，反应3‑5h后罗丹明B的降解率高于95%。本发明的催化剂具有更大的比表面积与催化效率，与其他催化剂相比，在罗丹明B的浓度较高时，本发明的一种铁锌复合光催化剂的降解效率大大提高；同时该催化剂成分较少，制备难度低，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及光催化技术领域，尤其是涉及一种铁锌复合光催化剂及其在降解罗丹明B中的应用。
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并且清洁高效等优点，在降解污染水体中罗丹明B的领域具有极大的前景。
为提高光催化效率，人们一直致力于寻找高催化活性和高选择性的光催化剂。目前所使用的光催化剂一般为TiO2、Bi2WO6等，例如公开号为CN110841683A的“一种二氧化钛复合光催化剂及其制备方法”，所述制备方法以聚多巴胺载体为模板，经煅烧后即可制备得到N掺杂的、中空且具有孔道的二氧化钛壳层，制备方法简单，然后在中空的二氧化钛壳层的外表面负载石墨烯，得到的二氧化钛复合光催化剂包括中空的二氧化钛壳层和石墨烯，石墨烯负载于二氧化钛壳层的外表面，且二氧化钛壳层具有孔道，二氧化钛壳层中掺杂有N元素。
该二氧化钛复合光催化剂具有太阳光利用率高、催化活性高、使用寿命久等特点。但是TiO2、Bi2WO6等催化剂有价格昂贵、且太阳能利用率仍旧不高的缺点。为了进一步提高光催化剂的催化效率，现在有部分催化剂通过负载和配体，拓宽铁基催化剂的禁带宽度，扩大了其对可见光的光响应范围，以此提高光催化效率。例如本申请人与杭州新拜思生物医药有限公司合作的专利，公开号为CN110813344A的“一种铁基复合光催化剂及其制备方法”中，包括以下步骤：(1)在含有Fe3+和Fe2+的铁盐水溶液中加入阴离子表面活性剂和甲苯并混合均匀，氮气保护下，加热搅拌条件下乳化，得到Fe3O4乳液；(2)在Fe3O4乳液中依次加入碱液，无水乙醇和g-C3N4/ZnO-Ce配体，氮气保护下搅拌反应，反应完成后除去溶剂，洗涤产物至滤液呈中性，真空干燥后得到铁基复合光催化剂；以及公开号为CN110818013A的“一种铁基复合光催化剂降解低浓度染料废水的应用”，提供该发明在降解染料废水中罗丹明B的作用。该发明以铁基氧化物为基质，通过与g-C3N4和Ce依靠分子间弱相互作用力进行负载，通过负载和配体，拓宽铁基催化剂的禁带宽度，扩大了其对可见光的光响应范围，使其能被可见光激发，实现高效的可见光响应。
但是该发明的铁基复合光催化剂只在降解低浓度罗丹明B废液时具有较高的催化效率，而在底物与催化剂的摩尔比较大，具体表现为该摩尔比高于2:1时，其催化降解率相对较低，仍然有部分罗丹明B无法被降解，经过该催化剂降解后排出的污水仍会对环境产生不利影响；且该催化剂的组分较多，制备难度高，成本高。
发明内容
本发明是为了克服现有技术的铁基复合光催化剂在较高浓度罗丹明B废液中催化降解率不高，且成分复杂、成本高的缺点，提供一种铁锌复合光催化剂及其在降解罗丹明B中的应用，拥有更佳的催化效率，较低浓度的催化剂在较高浓度的罗丹明B废液中也达到较高的催化降解率，并且成分较少，制备难度低，成本低。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种铁锌复合光催化剂，包括g-C3N4@ZnO配体与铁基复合物组成的球状结构的配合物，所述的铁基复合物的主要成分为Fe3O4。本发明的铁锌复合的光催化剂中所使用与铁基复合物配合的配体采用g-C3N4@ZnO配体，其相比于g-C3N4@ZnO-Ce配体来说，配方中舍弃了铈元素，因此成分相对简单，成本较低；并且该铁锌复合催化剂中由于Ce元素的缺失，原本Ce元素所占的原子晶格空置出来并形成微小的晶格缺陷，使其与g-C3N4@ZnO-Ce配体的铁基催化剂相比，异质结界面的电子传输更为高效，降解效率更高；并且由于上述原因使该成为具有若干孔隙的球状结构，其表面凹凸不平，相比于片状结晶的结构来说，该配合物的比表面积大为增加，具有较高的光子利用率和光生电子、空穴分离效率，催化效率大大提高；由于Ce元素的缺失，该催化剂的球状结构的表面还形成了若干小鼓泡，相当于提供了无数的微反应器，使光降解的效率提高，反应加快。
一种铁锌复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)在含有Fe3+和Fe2+的铁盐水溶液中加入阴离子表面活性剂和甲苯并混合均匀，氮气保护下加热搅拌，乳化得到铁盐乳液；
(2)在铁盐乳液中依次加入碱液，无水乙醇和g-C3N4/ZnO配体并每步都搅拌至反应完全，经过滤、洗涤、干燥后得到铁锌复合光催化剂。
该铁锌复合光催化剂的制备方法与步骤中除配体改为g-C3N4/ZnO配体外，其余条件与本申请人与杭州新拜思生物医药有限公司合作的、公开号为CN110813344A的“一种铁基复合光催化剂及其制备方法”专利中一种铁基复合光催化剂的制备方法相同，铁盐乳液的主要成分为Fe3+和Fe2+反应并乳化后形成的乳化Fe3O4。
作为优选，所述步骤(2)中g-C3N4/ZnO配体的制备步骤如下：将尿素、锌盐在以3-6℃/min升温至500-600℃后，保温3-6小时，冷却后得到g-C3N4/ZnO配体。
尿素与锌盐在高温下煅烧后原子重新排列并相互掺杂，形成稳定的g-C3N4/ZnO配体，该配体在与乳化Fe3O4相互配合后，经过滤、洗涤、干燥等步骤后得到具有若干孔隙的球状结构的高结晶度配合物，具有较大的比表面积、光子利用率和光生电子、空穴分离效率，催化效率大大提高。
作为优选，所述g-C3N4/ZnO配体的制备步骤中锌盐为醋酸锌。醋酸锌是一种常用的有机酸，其在煅烧过程中不会引入其他的元素而影响该步骤得到配体的纯度，并且醋酸根在高温下容易分解并挥发，避免在配体中的残留。
作为优选，所述g-C3N4/ZnO配体的制备步骤中尿素与醋酸锌的质量比为3-8:0.1-0.6。尿素为过量投入，以保证成本较高的醋酸锌反应完全，使醋酸锌中的锌元素完全生成至g-C3N4/ZnO配体中。
作为优选，所述g-C3N4/ZnO配体的制备步骤中升温速率为4.5-5.5℃/min，升温至530-570℃后保温3.5-5小时。在该条件下生成的g-C3N4/ZnO配体，可以更好地与Fe3O4配合形成球状的配合物，进一步提高催化效率。
作为优选，所述g-C3N4/ZnO配体的制备步骤中，冷却温度为20-30℃。冷却至室温的g-C3N4/ZnO配体可以直接作为原料投入至步骤(2)中与Fe3O4配合形成配合物，减少了二次加热或是冷却的步骤，操作方便快捷。
如上述的一种铁锌复合光催化剂或上述一种铁锌复合光催化剂的制备方法制得的催化剂，在降解罗丹明B中应用。上述的铁锌复合光催化剂可以在光催化下用于降解罗丹明B，避免废水中罗丹明B对于环境的污染。
作为优选，所述的应用包括如下步骤：在罗丹明B的初始浓度为0.1-5mg/L、pH为5-6、温度为25-40℃、铁锌复合光催化剂用量为0.2-3mg/L的条件下，反应3-5h后罗丹明B的降解率高于95％。在罗丹明B与催化剂的摩尔比在25:1以内时，与其他催化剂相比，本发明的铁锌复合光催化剂的降解效率大大提高。
作为优选，所述的应用包括如下步骤：在罗丹明B的初始浓度为0.1-2mg/L、铁锌复合光催化用量为0.2-1.8mg/L的条件下，反应3-5h后罗丹明B的降解高于99％。在罗丹明B与催化剂的摩尔比低于10:1时，本发明的铁锌复合光催化剂可以具有接近100％的降解率，相比于别的催化剂达到相同降解率的条件来说，本发明所使用的铁锌复合光催化剂的适用范围更广，催化速度更快。
综上所述，本发明具有以下有益效果：(1)g-C3N4@ZnO配体与铁基复合物组成表面为凹凸不平的球状结构的配合物，使得配合物的比表面积大大增加，具有较高的光子利用率和光生电子、空穴分离效率；(2)Ce元素的缺失形成无数微小的晶格缺陷，导致异质结界面的电子传输更为高效，形成无数微反应器，加速了分子碰撞和反应，加快催化效率；(3)配合物所含组分较少，制备简单，成本低。
附图说明
图1是本发明实施例1制得铁锌复合光催化剂的6000倍放大的SEM图。
图2是本发明实施例1制得铁锌复合光催化剂的1800倍放大的SEM图。
图3是本发明实施例1制得铁锌复合光催化剂的600倍放大的SEM图。
图4是g-C3N4@ZnO-Ce复合铁催化剂的300倍放大的SEM图。
图5是g-C3N4@ZnO-Ce复合铁催化剂的10000倍放大SEM图。
图6是本发明实施例1制得铁锌复合光催化剂的XPS图。
图7是本发明实施例1制得铁锌复合光催化剂的XRD图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
总实施例
一种铁锌复合光催化剂，其制备步骤如下：
(1)取3～8g尿素、0.1-0.6g醋酸锌，放置于带盖的坩埚中，在马弗炉中以3-6℃/min升温至500-600℃后，保温3-6h，冷却至20-30℃得淡黄色配体产物，即为g-C3N4@ZnO配体；
(2)取0.69gFeSO4·7H2O和0.7gFeCl3溶于10mL的水溶液，配成铁盐溶液；依次将铁盐溶液、1.0g十二烷基硫酸钠、25mL甲苯溶液投入250mL三颈烧瓶中，在氮气保护下，油浴加热到80℃，搅拌20min乳化形成铁盐乳液；
(3)后用恒压漏斗缓慢滴加浓度为10mol/L的NaOH溶液5mL，搅拌反应1h后，滴加5mL无水乙醇继续搅拌5min，加入g-C3N4@ZnO配体0.085～0.4225g[n(Fe3O4):n(g-C3N4@ZnO配体)＝2-10:1]，继续搅拌反应2h；
(4)冷却到室温后停通氮气，用磁石吸附催化剂，除去溶剂，用蒸馏水和无水乙醇至滤液呈中性，在80℃真空烘箱中干燥5h，得黑色粉末状产物，即为本发明的铁锌复合光催化剂。
本发明一种铁锌复合光催化剂在降解罗丹明B中的应用步骤如下：在罗丹明B的初始浓度为0.1-5mg/L、pH为5-6、温度为25-40℃、铁锌复合光催化剂用量为0.2-1.8mg/L的条件下，反应3-6h后罗丹明B的降解率高于95％；优选的，在罗丹明B的初始浓度为0.1-2mg/L、铁锌复合光催化剂用量为0.2-1.8mg/L的条件下，反应3-5h后罗丹明B的降解率高于99％。
实施例1
一种铁锌复合光催化剂，其制备步骤如下：
(1)取5g尿素、0.4g醋酸锌，放置于带盖的坩埚中，在马弗炉中以5℃/min升温至550℃后，保温4h，冷却至25℃得淡黄色配体产物，即为g-C3N4@ZnO配体；
(2)取0.69g FeSO4·7H2O和0.7g FeCl3溶于10mL的水溶液，配成铁盐溶液；依次将铁盐溶液、1.0g十二烷基硫酸钠、25mL甲苯溶液投入250mL三颈烧瓶中，在氮气保护下，油浴加热到80℃，搅拌20min乳化形成铁盐乳液；
(3)后用恒压漏斗缓慢滴加浓度为10mol/L的NaOH溶液5mL，搅拌反应1h后，滴加5mL无水乙醇继续搅拌5min，加入g-C3N4@ZnO配体0.2113g[n(Fe3O4):n(g-C3N4@ZnO配体)＝5:1]，继续搅拌反应2h；
(4)冷却到室温后停通氮气，用磁石吸附催化剂，除去溶剂，用蒸馏水和无水乙醇至滤液呈中性，在80℃真空烘箱中干燥5h，得黑色粉末状产物，即为本发明的铁锌复合光催化剂。
该一种铁锌复合光催化剂在降解罗丹明B中的应用步骤如下：在罗丹明B的初始浓度为2mg/L、pH为6、温度为30℃、铁锌复合光催化剂用量为0.2mg/L的条件下，反应4h后罗丹明B的降解率为100％。
如图3所示实施例1的一种铁锌复合光催化剂的600倍放大的SEM图中可以看到，本发明的铁锌复合光催化剂为结晶度高的球状的半球形晶体结构，相比于图4所示的g-C3N4@ZnO-Ce复合铁催化剂的片状结构来说，具有更大的比表面积，从而具有更高的光子利用率和光生电子、空穴分离效率；图2是本发明实施例1的一种铁锌复合光催化剂的1800倍放大的SEM图，图中可以进一步看到该催化剂从晶体主体向外延伸有少量线状晶体结构，进一步增加了该催化剂的比表面积；从图1的本发明实施例1制得铁锌复合光催化剂的6000倍放大的SEM图中可以更清楚的看到，相比于图5的g-C3N4@ZnO-Ce复合铁催化剂，本发明的催化剂在每个球状晶体表面都多出了若干小鼓泡，其为Ce元素缺失后空出的原子晶格所形成的晶格缺陷，该晶格缺陷可以使得异质结界面的电子传输更为高效，相当于形成无数微反应器，加速了分子碰撞和反应，大大提高了催化效率；如图6所示实施例1制得的一种铁锌复合光催化剂的XPS图可以看出，本发明的一种铁锌复合光催化剂同时具有Fe3+和Fe2+，表明该催化剂为同时含有Fe3+和Fe2+的铁基催化剂；图7是实施例1制得一种铁锌复合光催化剂的XRD图，其中50％2A5F@Fe-MOF即为本催化剂，从图中可以进一步看出本催化剂对比Fe-MOF来说具有更高的结晶度。
实施例2
一种铁锌复合光催化剂，其制备步骤如下：
(1)取3g尿素、0.1g醋酸锌，放置于带盖的坩埚中，在马弗炉中以6℃/min升温至600℃后，保温3h，冷却至30℃得淡黄色配体产物，即为g-C3N4@ZnO配体；
(2)取0.69g FeSO4·7H2O和0.7g FeCl3溶于10mL的水溶液，配成铁盐溶液；依次将铁盐溶液、1.0g十二烷基硫酸钠、25mL甲苯溶液投入250mL三颈烧瓶中，在氮气保护下，油浴加热到80℃，搅拌20min乳化形成铁盐乳液；
(3)后用恒压漏斗缓慢滴加浓度为10mol/L的NaOH溶液5mL，搅拌反应1h后，滴加5mL无水乙醇继续搅拌5min，加入g-C3N4@ZnO配体0.4225g[n(Fe3O4):n(g-C3N4@ZnO配体)＝10:1]，继续搅拌反应2h；
(4)冷却到室温后停通氮气，用磁石吸附催化剂，除去溶剂，用蒸馏水和无水乙醇至滤液呈中性，在80℃真空烘箱中干燥5h，得黑色粉末状产物，即为本发明的铁锌复合光催化剂。
本发明一种铁锌复合光催化剂在降解罗丹明B中的应用步骤如下：在罗丹明B的初始浓度为2mg/L、pH为5、温度为40℃、铁锌复合光催化剂用量为0.2mg/L的条件下，反应6h后罗丹明B的降解率为100％。
实施例3
一种铁锌复合光催化剂，其制备步骤如下：
(1)取3g尿素、0.4g醋酸锌，放置于带盖的坩埚中，在马弗炉中以4.5℃/min升温至570℃后，保温3.5h，冷却至25℃得淡黄色配体产物，即为g-C3N4@ZnO配体；
(2)取0.69gFeSO4·7H2O和0.7gFeCl3溶于10mL的水溶液，配成铁盐溶液；依次将铁盐溶液、1.0g十二烷基硫酸钠、25mL甲苯溶液投入250mL三颈烧瓶中，在氮气保护下，油浴加热到80℃，搅拌20min乳化形成铁盐乳液；
(3)后用恒压漏斗缓慢滴加浓度为10mol/L的NaOH溶液5mL，搅拌反应1h后，滴加5mL无水乙醇继续搅拌5min，加入g-C3N4@ZnO配体0.4225g[n(Fe3O4):n(g-C3N4@ZnO配体)＝10:1]，继续搅拌反应2h；
(4)冷却到室温后停通氮气，用磁石吸附催化剂，除去溶剂，用蒸馏水和无水乙醇至滤液呈中性，在80℃真空烘箱中干燥5h，得黑色粉末状产物，即为本发明的铁锌复合光催化剂。
本发明一种铁锌复合光催化剂在降解罗丹明B中的应用步骤如下：在罗丹明B的初始浓度为0.1mg/L、pH为5、温度为25℃、铁锌复合光催化剂用量为1.8mg/L的条件下，反应3h后罗丹明B的降解率为100％。
实施例4
一种铁锌复合光催化剂，其制备步骤如下：
(1)取8g尿素、0.6g醋酸锌，放置于带盖的坩埚中，在马弗炉中以5.5℃/min升温至570℃后，保温4h，冷却至25℃得淡黄色配体产物，即为g-C3N4@ZnO配体；
(2)取0.69gFeSO4·7H2O和0.7gFeCl3溶于10mL的水溶液，配成铁盐溶液；依次将铁盐溶液、1.0g十二烷基硫酸钠、25mL甲苯溶液投入250mL三颈烧瓶中，在氮气保护下，油浴加热到80℃，搅拌20min乳化形成铁盐乳液；
(3)后用恒压漏斗缓慢滴加浓度为10mol/L的NaOH溶液5mL，搅拌反应1h后，滴加5mL无水乙醇继续搅拌5min，加入g-C3N4@ZnO配体0.4225g[n(Fe3O4):n(g-C3N4@ZnO配体)＝10:1]，继续搅拌反应2h；
(4)冷却到室温后停通氮气，用磁石吸附催化剂，除去溶剂，用蒸馏水和无水乙醇至滤液呈中性，在80℃真空烘箱中干燥5h，得黑色粉末状产物，即为本发明的铁锌复合光催化剂。
本发明一种铁锌复合光催化剂在降解罗丹明B中的应用步骤如下：在罗丹明B的初始浓度为3mg/L、pH为6、温度为30℃、铁锌复合光催化剂用量为0.2mg/L的条件下，反应4h后罗丹明B的降解率为98％。
实施例5
一种铁锌复合光催化剂，其制备步骤如下：
(1)取8g尿素、0.1g醋酸锌，放置于带盖的坩埚中，在马弗炉中以5℃/min升温至530℃后，保温6h，冷却至30℃得淡黄色配体产物，即为g-C3N4@ZnO配体；
(2)取0.69gFeSO4·7H2O和0.7gFeCl3溶于10mL的水溶液，配成铁盐溶液；依次将铁盐溶液、1.0g十二烷基硫酸钠、25mL甲苯溶液投入250mL三颈烧瓶中，在氮气保护下，油浴加热到80℃，搅拌20min乳化形成铁盐乳液；
(3)后用恒压漏斗缓慢滴加浓度为10mol/L的NaOH溶液5mL，搅拌反应1h后，滴加5mL无水乙醇继续搅拌5min，加入g-C3N4@ZnO配体0.085g[n(Fe3O4):n(g-C3N4@ZnO配体)＝2:1]，继续搅拌反应2h；
(4)冷却到室温后停通氮气，用磁石吸附催化剂，除去溶剂，用蒸馏水和无水乙醇至滤液呈中性，在80℃真空烘箱中干燥5h，得黑色粉末状产物，即为本发明的铁锌复合光催化剂。
本发明一种铁锌复合光催化剂在降解罗丹明B中的应用步骤如下：在罗丹明B的初始浓度为3mg/L、pH为5、温度为25℃、铁锌复合光催化剂用量为0.2mg/L的条件下，反应6h后罗丹明B的降解率为99％。
实施例6
一种铁锌复合光催化剂，其制备步骤如下：
(1)取3g尿素、0.6g醋酸锌，放置于带盖的坩埚中，在马弗炉中以3℃/min升温至600℃后，保温3h，冷却至20℃得淡黄色配体产物，即为g-C3N4@ZnO配体；
(2)取0.69gFeSO4·7H2O和0.7gFeCl3溶于10mL的水溶液，配成铁盐溶液；依次将铁盐溶液、1.0g十二烷基硫酸钠、25mL甲苯溶液投入250mL三颈烧瓶中，在氮气保护下，油浴加热到80℃，搅拌20min乳化形成铁盐乳液；
(3)后用恒压漏斗缓慢滴加浓度为10mol/L的NaOH溶液5mL，搅拌反应1h后，滴加5mL无水乙醇继续搅拌5min，加入g-C3N4@ZnO配体0.2113g[n(Fe3O4):n(g-C3N4@ZnO配体)＝5:1]，继续搅拌反应2h；
(4)冷却到室温后停通氮气，用磁石吸附催化剂，除去溶剂，用蒸馏水和无水乙醇至滤液呈中性，在80℃真空烘箱中干燥5h，得黑色粉末状产物，即为本发明的铁锌复合光催化剂。
本发明一种铁锌复合光催化剂在降解罗丹明B中的应用步骤如下：在罗丹明B的初始浓度为3mg/L、pH为6、温度为30℃、铁锌复合光催化剂用量为1.8mg/L的条件下，反应3h后罗丹明B的降解率为100％。
实施例7
一种铁锌复合光催化剂，其制备步骤如下：
(1)取5g尿素、0.6g醋酸锌，放置于带盖的坩埚中，在马弗炉中以4℃/min升温至550℃后，保温4h，冷却至20℃得淡黄色配体产物，即为g-C3N4@ZnO配体；
(2)取0.69gFeSO4·7H2O和0.7gFeCl3溶于10mL的水溶液，配成铁盐溶液；依次将铁盐溶液、1.0g十二烷基硫酸钠、25mL甲苯溶液投入250mL三颈烧瓶中，在氮气保护下，油浴加热到80℃，搅拌20min乳化形成铁盐乳液；
(3)后用恒压漏斗缓慢滴加浓度为10mol/L的NaOH溶液5mL，搅拌反应1h后，滴加5mL无水乙醇继续搅拌5min，加入g-C3N4@ZnO配体0.4225g[n(Fe3O4):n(g-C3N4@ZnO配体)＝2-10:1]，继续搅拌反应2h；
(4)冷却到室温后停通氮气，用磁石吸附催化剂，除去溶剂，用蒸馏水和无水乙醇至滤液呈中性，在80℃真空烘箱中干燥5h，得黑色粉末状产物，即为本发明的铁锌复合光催化剂。
本发明一种铁锌复合光催化剂在降解罗丹明B中的应用步骤如下：在罗丹明B的初始浓度为5mg/L、pH为6、温度为30℃、铁锌复合光催化剂用量为0.2mg/L的条件下，反应3h后罗丹明B的降解率为95％。
实施例8
一种铁锌复合光催化剂，其制备步骤如下：
(1)取6g尿素、0.4g醋酸锌，放置于带盖的坩埚中，在马弗炉中以5℃/min升温至530℃后，保温3.5h，冷却至25℃得淡黄色配体产物，即为g-C3N4@ZnO配体；
(2)取0.69gFeSO4·7H2O和0.7gFeCl3溶于10mL的水溶液，配成铁盐溶液；依次将铁盐溶液、1.0g十二烷基硫酸钠、25mL甲苯溶液投入250mL三颈烧瓶中，在氮气保护下，油浴加热到80℃，搅拌20min乳化形成铁盐乳液；
(3)后用恒压漏斗缓慢滴加浓度为10mol/L的NaOH溶液5mL，搅拌反应1h后，滴加5mL无水乙醇继续搅拌5min，加入g-C3N4@ZnO配体0.085g[n(Fe3O4):n(g-C3N4@ZnO配体)＝2:1]，继续搅拌反应2h；
(4)冷却到室温后停通氮气，用磁石吸附催化剂，除去溶剂，用蒸馏水和无水乙醇至滤液呈中性，在80℃真空烘箱中干燥5h，得黑色粉末状产物，即为本发明的铁锌复合光催化剂。
本发明一种铁锌复合光催化剂在降解罗丹明B中的应用步骤如下：在罗丹明B的初始浓度为5mg/L、pH为6、温度为25℃、铁锌复合光催化剂用量为0.2mg/L的条件下，反应4h后罗丹明B的降解率为96％。
实施例9
一种铁锌复合光催化剂，其制备步骤如下：
(1)取3g尿素、0.6g醋酸锌，放置于带盖的坩埚中，在马弗炉中以5.5℃/min升温至570℃后，保温3h，冷却至25℃得淡黄色配体产物，即为g-C3N4@ZnO配体；
(2)取0.69gFeSO4·7H2O和0.7gFeCl3溶于10mL的水溶液，配成铁盐溶液；依次将铁盐溶液、1.0g十二烷基硫酸钠、25mL甲苯溶液投入250mL三颈烧瓶中，在氮气保护下，油浴加热到80℃，搅拌20min乳化形成铁盐乳液；
(3)后用恒压漏斗缓慢滴加浓度为10mol/L的NaOH溶液5mL，搅拌反应1h后，滴加5mL无水乙醇继续搅拌5min，加入g-C3N4@ZnO配体0.2113g[n(Fe3O4):n(g-C3N4@ZnO配体)＝5:1]，继续搅拌反应2h；
(4)冷却到室温后停通氮气，用磁石吸附催化剂，除去溶剂，用蒸馏水和无水乙醇至滤液呈中性，在80℃真空烘箱中干燥5h，得黑色粉末状产物，即为本发明的铁锌复合光催化剂。
本发明一种铁锌复合光催化剂在降解罗丹明B中的应用步骤如下：在罗丹明B的初始浓度为5mg/L、pH为5、温度为40℃、铁锌复合光催化剂用量为1.0mg/L的条件下，反应6h后罗丹明B的降解率为100％。
Claims (10)
1.一种铁锌复合光催化剂，其特征在于，包括g-C3N4@ZnO配体与铁基复合物组成的海胆状结构的配合物，所述的铁基复合物的主要成分为Fe3O4。
2.一种铁锌复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在含有Fe3+和Fe2+的铁盐水溶液中加入阴离子表面活性剂和甲苯并混合均匀，氮气保护下加热搅拌，乳化得到铁盐乳液；
(2)在铁盐乳液中依次加入碱液，无水乙醇和g-C3N4/ZnO配体并每步都搅拌至反应完全，经过滤、洗涤、干燥后得到铁锌复合光催化剂。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中g-C3N4/ZnO配体的制备步骤如下：将尿素、锌盐在以3-6℃/min的升温速率升温至500-600℃后，保温3-6小时，冷却后得到g-C3N4/ZnO配体。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述g-C3N4/ZnO配体的制备步骤中锌盐为醋酸锌。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述g-C3N4/ZnO配体的制备步骤中尿素与醋酸锌的质量比为3-8:0.1-0.6。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述g-C3N4/ZnO配体的制备步骤中升温速率为4.5-5.5℃/min，升温至530-570℃后保温3.5-5小时。
7.根据权利要求3或4或5所述的制备方法，其特征在于，所述g-C3N4/ZnO配体的制备步骤中，冷却温度为20-30℃。
8.如权利要求1所述铁锌复合光催化剂或如权利要求2至7任一所述制备方法制得的催化剂在降解罗丹明B中应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，包括如下步骤：在罗丹明B的初始浓度为0.1-5mg/L、pH为5-6、温度为25-40℃、铁锌复合光催化剂用量为0.2-3mg/L的条件下，反应3-5h后罗丹明B的降解率高于95％。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，包括如下步骤：在罗丹明B的初始浓度为0.1-2mg/L、铁锌复合光催化剂用量为0.2-1.8mg/L的条件下，反应3-5h后罗丹明B的降解率高于99％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20201030 |