CN113634243B - 一种艾炭三氧化二铁的制备及应用 - Google Patents
一种艾炭三氧化二铁的制备及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113634243B CN113634243B CN202110771319.4A CN202110771319A CN113634243B CN 113634243 B CN113634243 B CN 113634243B CN 202110771319 A CN202110771319 A CN 202110771319A CN 113634243 B CN113634243 B CN 113634243B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gamma
- moxa
- carbon
- mugwort
- rhodamine
- 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.)
- Active
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 9
- NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoferriooxy)iron hydrate Chemical compound O.O=[Fe]O[Fe]=O NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 8
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 title claims description 5
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 102
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 28
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 claims abstract description 25
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 240000006891 Artemisia vulgaris Species 0.000 claims description 29
- 235000003261 Artemisia vulgaris Nutrition 0.000 claims description 29
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 20
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 16
- 102000003992 Peroxidases Human genes 0.000 claims description 15
- 108040007629 peroxidase activity proteins Proteins 0.000 claims description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 14
- 238000010000 carbonizing Methods 0.000 claims description 10
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 9
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 9
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 7
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 4
- 239000010865 sewage Substances 0.000 abstract description 2
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 description 77
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 description 77
- 235000010981 methylcellulose Nutrition 0.000 description 77
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 24
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 19
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 17
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 9
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 8
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 4
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 4
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 3
- -1 iron oxide compound Chemical class 0.000 description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 3
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 2
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 2
- ZGTMUACCHSMWAC-UHFFFAOYSA-L EDTA disodium salt (anhydrous) Chemical compound [Na+].[Na+].OC(=O)CN(CC([O-])=O)CCN(CC(O)=O)CC([O-])=O ZGTMUACCHSMWAC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000012295 chemical reaction liquid Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000010919 dye waste Substances 0.000 description 1
- 229910052598 goethite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- AEIXRCIKZIZYPM-UHFFFAOYSA-M hydroxy(oxo)iron Chemical compound [O][Fe]O AEIXRCIKZIZYPM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N hydroxyl Chemical compound [OH] TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 1
- 150000002506 iron compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000003278 mimic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 108010023506 peroxygenase Proteins 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 239000007974 sodium acetate buffer Substances 0.000 description 1
- BHZOKUMUHVTPBX-UHFFFAOYSA-M sodium acetic acid acetate Chemical compound [Na+].CC(O)=O.CC([O-])=O BHZOKUMUHVTPBX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 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
- 229910006297 γ-Fe2O3 Inorganic materials 0.000 description 1
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
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/745—Iron
-
- 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
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/18—Carbon
-
- 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
-
- 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
- C02F2101/308—Dyes; Colorants; Fluorescent agents
-
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
- Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (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
本发明提供了一种艾炭三氧化二铁的制备及应用，首先利用艾叶制备出艾碳，再将艾碳与FeSO4和FeCl3反应制备出磁性艾碳复合材料γ‑Fe2O3/MC。基于γ‑Fe2O3的光催化降解能力的考虑，本发明研究了γ‑Fe2O3/MC对罗丹明B的光催化降解能力，结果表明，γ‑Fe2O3/MC对罗丹明B具有很好的光催化降解能力，在最佳条件下，30 min即可降解99%的罗丹明B。因此γ‑Fe2O3/MC为污水中染料的去除提供了一种低成本、高性能的光催化降解材料。
Description
技术领域
本发明涉及碳复合材料领域，具体涉及一种艾炭三氧化二铁的制备及应用。
背景技术
酶是一种由活细胞产生的对底物具有高度特异性和催化性的蛋白质或RNA。在酶的作用下，生物体内的化学反应在极其温和的条件下也能高效进行。其优异的性能引起人们的关注，但其性质不稳定、价格高、储存条件苛刻等并不能被广泛应用于现代工业。因此，开发出性质稳定、价格低廉、性能优异的人工模拟酶成为研究的热点。近年来，开发出了碳基材料、贵金属材料、金属氧化物材料等具有类酶活性的催化材料。但这些材料仍存在成本高、不可回收或回收困难、活性差等缺陷，因此，有必要开发出一种低成本、高活性、易回收的催化材料。
磁赤铁矿（γ-Fe2O3）具有一定的过氧化物酶活性，但单独的γ-Fe2O3极易团聚，导致过氧化物酶活性降低，若能将γ-Fe2O3分散在一定的介质上就可以减少其团聚进而提高过氧化物酶活性。艾草是一种多年生草本或略成半灌木状植物，艾草在我国的主要应用是制作艾灸条，=制备艾灸条的过程中会产生大量的艾叶废物。据统计，我国每年生产的艾叶废物约1116万公斤。如果能将这些艾叶废物充分利用起来不仅可以实现艾草废料的再利用还可以增加艾草的经济价值。
磁赤铁矿（γ-Fe2O3）具有一定的过氧化物酶活性，但单独的γ-Fe2O3极易团聚，导致过氧化物酶活性降低，若能将γ-Fe2O3分散在一定的介质上就可以减少其团聚进而提高过氧化物酶活性。艾草是一种多年生草本或略成半灌木状植物，艾草在我国的主要应用是制作艾灸条，制备艾灸条的过程中会产生大量的艾叶废物。据统计，我国每年生产的艾叶废物约1116万公斤。如果能将这些艾叶废物充分利用起来不仅可以实现艾草废料的再利用还可以增加艾草的经济价值。
因此，本研究以废弃的艾草为原料，在低温空气气氛下制备了生物质艾炭，以艾炭为基底，制备了艾炭-γ-Fe2O3的复合物，该复合物相对于单独的艾炭或者γ-Fe2O3都表现出了更高的过氧化物酶活性。基于此活性，在光照条件下，该复合物可以实现罗丹明B的降解。本研究所获结果为我们制备价格低廉活性高的过氧化物纳米酶提供了有益的参考和依据。
发明内容
本发明提出了一种艾炭三氧化二铁的制备及应用，以艾叶为原料低温合成了磁性复合材料γ-Fe2O3/MC，并研究了其在染料废水中罗丹明B的降解中的应用。结果表明，γ-Fe2O3/MC对罗丹明B具有很好的光催化降解能力，在最佳条件下，30 min即可降解99%的罗丹明B。
实现本发明的技术方案是：
一种艾炭三氧化二铁的制备方法，首先利用艾叶制备出艾碳，再将艾碳与FeSO4和FeCl3反应制备出磁性艾碳复合材料γ-Fe2O3/MC。
艾碳的制备步骤如下：在艾叶中加入K2CO3溶液，搅拌5h后经预碳化和炭化，得到艾碳MC。
所述K2CO3溶液的浓度为0.2-0.4 mol·L-1，1 g艾叶中加入8 mL K2CO3溶液，预碳化温度为220-250℃，时间为15min，碳化温度为280-300℃，时间为75min。
具体步骤如下：将艾碳加入水中，超声搅拌后加入FeSO4和FeCl3·6H2O的混合溶液，搅拌后加入NH3·H2O，搅拌均匀后水浴加热反应，得到的产物洗涤、烘干，之后放入电阻炉中升温加热得到γ-Fe2O3/MC。
以0.05g艾碳为基准，FeSO4和FeCl3·6H2O的加入量为0.03-0.05g和0.05-0.08 g，NH3·H2O的加入量为550 μL。
所述水浴加热的温度为40-60℃，时间为30-50min，电阻炉升温至200-230℃，加热1h。
制备得到的γ-Fe2O3/MC作为过氧化物酶材料的应用。
制备得到的γ-Fe2O3/MC在催化氧化3,3',5,5'-四甲基联苯胺中的应用。
制备得到的γ-Fe2O3/MC在光催化降解领域的应用。
所述γ-Fe2O3/MC在光催化降解罗丹明B中的应用。
采用γ-Fe2O3/MC作为催化3,3',5,5'-四甲基联苯胺（TMB）的催化剂考察γ-Fe2O3/MC的过氧物酶活性。采用控制变量法，以400-800 nm处最强吸收峰的强度为参照对TMB的关键反应条件进行优化。具体优化的条件包括pH、γ-Fe2O3/MC用量、H2O2用量、光照时间。筛选出最佳反应条件后固定反应条件，将反应液中的γ-Fe2O3/MC替换为γ-Fe2O3及MC，对比同等条件下是三种材料的催化活性。反应完成后，利用磁铁将γ-Fe2O3/MC与反应液进行分离，将γ-Fe2O3/MC继续用于下一次反应，以反应液400-800 nm最强吸收峰的强度为参照考察γ-Fe2O3/MC的循环使用性。
优选地，用γ-Fe2O3/MC吸附水中的罗丹明B，在光照条件下考察γ-Fe2O3/MC对罗丹明B的降解能力。
γ-Fe2O3/MC与罗丹明B进行光催化降解反应后，用磁铁将γ-Fe2O3/MC与反应液分离，将分离出来的γ-Fe2O3/MC干燥后用于下一次罗丹明B的吸附—降解反应，考察γ-Fe2O3/MC对罗丹明B的循环使用性。
本工作以艾草为炭源制备成艾碳，将γ-Fe2O3负载在艾碳上提高其分散性进而制备出具有高过氧化酶活性的γ-Fe2O3/MC。利用γ-Fe2O3的磁性可以实现复合材料的快速回收及循环使用。本工作制备的γ-Fe2O3/MC因其制备成本低，制备过程简单，过氧物酶活性高，易回收，可循环使用等众多特性有望成为一种新型的过氧化物酶材料。
基于γ-Fe2O3的光催化降解能力的考虑，本发明还研究了γ-Fe2O3/MC对罗丹明B的光催化降解能力，结果表明，γ-Fe2O3/MC对罗丹明B具有很好的光催化降解能力，在最佳条件下，30 min即可降解99%的罗丹明B。因此γ-Fe2O3/MC为污水中染料的去除提供了一种低成本、高性能的光催化降解材料。
本发明γ-Fe2O3/BAC降解RhB的机理反应式如下：
本发明的有益效果是：本研究以艾草为原料，制备了艾草生物质艾碳，然后在艾碳基底上制备γ-Fe2O3形成艾炭-γ-Fe2O3复合物。该复合物相对于单独的艾碳或者γ-Fe2O3都表现出了更为优异的过氧化物酶的活性，可以在较短时间内实现染料废水中罗丹明B的降解。本工作制备的γ-Fe2O3/MC因其制备成本低，制备过程简单，过氧物酶活性高，易回收，可循环使用等众多特性有望成为一种新型的廉价的纳米过氧化物酶。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例制备的MC(a)、γ-Fe2O3（b）及γ-Fe2O3/MC(c)的SEM。
图2为γ-Fe2O3和γ-Fe2O3/MC的XRD图谱。
图3为γ-Fe2O3/MC催化氧化TMB中pH的优化。
图4为γ-Fe2O3/MC催化氧化TMB中γ-Fe2O3/MC用量的优化。
图5为γ-Fe2O3/MC催化氧化TMB中H2O2用量的优化。
图6为γ-Fe2O3/MC催化氧化TMB中γ-Fe2O3/MC反应时间的优化。
图7为γ-Fe2O3/MC、γ-Fe2O3、MC催化性能的比较。
图8为γ-Fe2O3/MC催化氧化TMB的循环使用性。
图9为不同材料对罗丹明B的降解（RhB=20 mg·L-1，H2O2=10 ml·L-1）。
图10为γ-Fe2O3/MC的稳定性探究。
图11为（a）通过TMB显色验证存在·OH；（b）γ-Fe2O3/BAC降解RhB的机理。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
γ-Fe2O3/MC的具体合成步骤：
（1）源自南阳的艾叶用蒸馏水进行清洗，清洗干净之后将其放置在烘箱内，在60℃条件下进行烘干。在烘干的艾叶中按1：8的比例加入0.2 mol·L-1K2CO3，搅拌5 h，放置在电阻炉中，235 ℃条件下进行预碳化15 min，在280 ℃条件下炭化75 min，得到MC。
（2）称取0.05g MC，加入20 mL水，超声15 min，之后搅拌30 min；在上述溶液中加入5 ml 0.0375g FeSO4和0.073 g FeCl3·6H2O的混合溶液，搅拌30 min之后加入550 μLNH3·H2O，之后再搅拌5 min，放入50 ℃的水浴锅中30 min。用蒸馏水洗涤干净，在70 ℃的烘箱中烘干6 h；最后放入电阻炉中升温至200 ℃，加热1h得到γ-Fe2O3/MC。
根据图1（a）可知，未负载γ-Fe2O3的MC表面较光滑，有均匀的孔隙。根据图1（b）可以看出，γ-Fe2O3的表面较粗糙，并且以γ-Fe2O3为晶核的针铁矿颗粒聚集成大颗粒。图1（c）可以看出γ-Fe2O3/MC的表面较单独的MC较粗糙，并可以清晰的看出γ-Fe2O3，因此可以得知γ-Fe2O3成功的负载。
图2是γ-Fe2O3和γ-Fe2O3/MC的XRD衍射图谱与γ-Fe2O3的标准图谱对照。
根据图2与γ-Fe2O3的标准图谱对比可知磁性的铁复合物是γ-Fe2O3；γ-Fe2O3/MC的图谱中可以看出在24.8°处有一宽峰，可能是MC的特征衍射峰。由XRD图可知铁氧化合物可能为γ-Fe2O3，根据γ-Fe2O3/MC的XRD图中可以看出γ-Fe2O3成功负载。
实施例2
γ-Fe2O3/MC的具体合成步骤：
（1）源自南阳的艾叶用蒸馏水进行清洗，清洗干净之后将其放置在烘箱内，在60℃条件下进行烘干。在烘干的艾叶中按1：8的比例加入0.3 mol·L-1K2CO3，搅拌5 h，放置在电阻炉中，220℃条件下进行预碳化15 min，在290℃℃条件下炭化75 min，得到MC。
（2）称取0.05g MC，加入20 mL水，超声15 min，之后搅拌30 min；在上述溶液中加入5 ml 0.03g FeSO4和0.05 g FeCl3·6H2O的混合溶液，搅拌30 min之后加入550 μLNH3·H2O，之后再搅拌5 min，放入40 ℃的水浴锅中40 min。用蒸馏水洗涤干净，在70 ℃的烘箱中烘干6 h；最后放入电阻炉中升温至210 ℃，加热1h得到γ-Fe2O3/MC。
实施例3
γ-Fe2O3/MC的具体合成步骤：
（1）源自南阳的艾叶用蒸馏水进行清洗，清洗干净之后将其放置在烘箱内，在60℃条件下进行烘干。在烘干的艾叶中按1：8的比例加入0.4 mol·L-1K2CO3，搅拌5 h，放置在电阻炉中，250℃条件下进行预碳化15 min，在300℃℃条件下炭化75 min，得到MC。
（2）称取0.05g MC，加入20 mL水，超声15 min，之后搅拌30 min；在上述溶液中加入5 ml 0.05g FeSO4和0.08 g FeCl3·6H2O的混合溶液，搅拌30 min之后加入550 μLNH3·H2O，之后再搅拌5 min，放入60 ℃的水浴锅中50 min。用蒸馏水洗涤干净，在70 ℃的烘箱中烘干6 h。最后放入电阻炉中升温至230 ℃，加热1h得到γ-Fe2O3/MC。
实施例1制备的γ-Fe2O3/MC的应用
1. γ-Fe2O3/MC催化氧化TMB
取100 μL 一定pH值的醋酸—醋酸钠缓冲液，加入25μL 4 mM TMB乙醇溶液，一定量30 mM H2O2水溶液，一定量1mg/mLγ-Fe2O3/MC水分散液，补充一定量的水，使最终溶液体积为1mL。混匀，氙灯下光照一定时间，在400 nm-800 nm条件下测溶液的吸光度，如图3-6所示，筛选反应条件。
2. γ-Fe2O3/MC、γ-Fe2O3、MC催化性能的比较
在最优的催化条件下将γ-Fe2O3分别换做同等浓度γ-Fe2O3的及MC，测定相同条件下400 nm—800 nm范围内溶液的吸光度。
3. γ-Fe2O3/MC催化氧化TMB的循环再生能力
第一次反应后用磁铁将γ-Fe2O3/MC材料吸附在放映容器壁上，用注射器将反应溶液全部取出，测定反应溶液在400-800 nm范围内的吸光度，在留存有γ-Fe2O3/MC的反应容器中加入与第一次反应相同量的缓冲液、TMB、H2O2，补水至1 mL，混匀、光照，反应结束后用磁铁将γ-Fe2O3/MC与反应液分离，重复上述操作测定γ-Fe2O3/MC的循环使用性，如图8所示。
4. γ-Fe2O3/MC对罗丹明B的光催化降解实验
于250 mL的烧杯中分别加入10 mg γ-Fe2O3/MC和100 mL 20 mg·L-1(pH=2)的罗丹明B溶液，黑暗条件下磁力搅拌2 h（500 rpm）。在可见光的照射下，加入0.1 mL·L-1H2O2，在不同的时间段取出3 mL，测定上清液的吸光度，计算出相应的Ct/C0（Ct为t时刻溶液中罗丹明B的浓度；C0为溶液中罗丹明B的初始浓度）。
从图9可以看出，单独的材料对RhB的降解能力均小于复合材料，并且根据图可知，在可见光的存在下，可以很大程度上提高对RhB的降解能力。综上可知，γ-Fe2O3/BAC在可见光的存在下，可以迅速降解RhB。
5. γ-Fe2O3/MC对罗丹明B光催化降解的循环使用性
第一次反应后用磁铁将γ-Fe2O3/MC与溶液分离，60 ℃干燥，将干燥后的γ-Fe2O3/MC加入到100 mL 20 mg·L-1(pH=2)的罗丹明B溶液中，黑暗条件下磁力搅拌2 h（500rpm）。在可见光的照射下，加入0.1 mL·L-1H2O2，在不同的时间段取出3 mL，测定上清液的吸光度，计算出相应的C t/C 0。将降解用的材料使用磁铁取出，在60 ℃干燥。以上为第一次光催化降解，在同样的条件下，进行第二次降解，步骤同第一次降解。同样进行第三次和第四次降解，方法同上。
从图10可以看出，即使进行到第三次循环，γ-Fe2O3/BAC对RhB的降解几乎没有降低，仍可达到99 %（30 min）。由此可以说明γ-Fe2O3/BAC在光催化降解中稳定性极高。
6. 反应机理研究
为了研究γ-Fe2O3/BAC对RhB的降解机理，本发明对降解过程中的活性物质进行了探究。在本文中采用IPA、EDTA-2Na和DMSO作为·OH、空穴（h+）和电子（e-）的捕获剂，使用的捕获剂的量均为20 mmol。
由图11可以看出，加入捕获剂之后，降解速率均下降，并且添加三种抑制剂之后，RhB在50 min之后降解完全，降解速率降低。由此可见在降解过程中，三种活性物质均参加了反应。并且由图11(a)，运用TMB显色验证羟基自由基，由图中可以看出在实验过程中确实产生了·OH。
反应机理如图11(b)，首先RhB分子通过静电引力，π-π堆积等作用力，吸附在材料的表面。当光照射到材料的表面，γ-Fe2O3吸收可见光，γ-Fe2O3的带隙为1.30 eV，带隙较窄，很容易吸收光将VB上的电子转移到CB上。转移到CB的电子将参与类芬顿反应中三价铁到二价铁的转换；在双氧水和二价铁的反应下，生成羟基自由基和羟基负离子，羟基负离子和空穴发生作用产生羟基自由基，进而降解RhB。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种艾炭三氧化二铁作为过氧化物酶材料或在光催化降解领域的应用，其特征在于，所述艾炭三氧化二铁的制备方法为：首先利用艾叶制备出艾碳，将艾碳加入水中，超声搅拌后加入FeSO4和FeCl3·6H2O的混合溶液，搅拌后加入NH3·H2O，搅拌均匀后水浴加热反应，得到的产物洗涤、烘干，之后放入电阻炉中升温加热得到γ-Fe2O3/MC；
其中，艾碳的制备步骤为在艾叶中加入K2CO3溶液，搅拌5h后经预碳化和炭化，得到艾碳MC；水浴加热的温度为40-60℃，时间为30-50min，电阻炉升温至200-230℃，加热1h；
所述K2CO3溶液的浓度为0.2-0.4 mol·L-1，1 g艾叶中加入8 mL K2CO3溶液，预碳化温度为220-250℃，时间为15min，碳化温度为280-300℃，时间为75min。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：以0.05g艾碳为基准，FeSO4和FeCl3·6H2O的加入量为0.03-0.05g和0.05-0.08 g，NH3·H2O的加入量为550 μL。
3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于：所述应用为γ-Fe2O3/MC作为过氧化物酶材料在催化氧化3,3',5,5'-四甲基联苯胺中的应用。
4.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于：所述应用为γ-Fe2O3/MC在光催化降解罗丹明B中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110771319.4A CN113634243B (zh) | 2021-07-08 | 2021-07-08 | 一种艾炭三氧化二铁的制备及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110771319.4A CN113634243B (zh) | 2021-07-08 | 2021-07-08 | 一种艾炭三氧化二铁的制备及应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113634243A CN113634243A (zh) | 2021-11-12 |
| CN113634243B true CN113634243B (zh) | 2024-04-05 |
Family
ID=78416871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110771319.4A Active CN113634243B (zh) | 2021-07-08 | 2021-07-08 | 一种艾炭三氧化二铁的制备及应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113634243B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8883519B1 (en) * | 2009-03-17 | 2014-11-11 | University Of Central Florida Research Foundation, Inc. | Oxidase activity of polymeric coated cerium oxide nanoparticles |
| CN108212192A (zh) * | 2018-01-19 | 2018-06-29 | 西安工业大学 | 一种光-芬顿催化剂及其制备方法 |
| CN108217647A (zh) * | 2018-01-26 | 2018-06-29 | 上海理工大学 | 一种艾草基生物质活性炭及其制备方法以及其应用 |
| CN108423675A (zh) * | 2018-03-02 | 2018-08-21 | 河南工程学院 | 高吸附率活性炭的制备方法 |
| CN109939643A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-06-28 | 西安工业大学 | α-Fe2O3掺杂生物炭的制备方法及其应用 |
| CN111229281A (zh) * | 2020-02-25 | 2020-06-05 | 江苏大学 | 一种磁性Fe2O3/BN复合材料及其制备方法与应用 |
-
2021
- 2021-07-08 CN CN202110771319.4A patent/CN113634243B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8883519B1 (en) * | 2009-03-17 | 2014-11-11 | University Of Central Florida Research Foundation, Inc. | Oxidase activity of polymeric coated cerium oxide nanoparticles |
| CN108212192A (zh) * | 2018-01-19 | 2018-06-29 | 西安工业大学 | 一种光-芬顿催化剂及其制备方法 |
| CN108217647A (zh) * | 2018-01-26 | 2018-06-29 | 上海理工大学 | 一种艾草基生物质活性炭及其制备方法以及其应用 |
| CN108423675A (zh) * | 2018-03-02 | 2018-08-21 | 河南工程学院 | 高吸附率活性炭的制备方法 |
| CN109939643A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-06-28 | 西安工业大学 | α-Fe2O3掺杂生物炭的制备方法及其应用 |
| CN111229281A (zh) * | 2020-02-25 | 2020-06-05 | 江苏大学 | 一种磁性Fe2O3/BN复合材料及其制备方法与应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Jinpeng Wang et al..Adsorption characteristics and mechanism of norfloxacin in water by γ-Fe2O3@BC.Water Science & Technology.2020,第82卷(第2期),第244页左栏第1-2段. * |
| 王杨.铁基纳米酶的研究进展.安徽化工.2020,第46卷(第2期),第6页右栏第1段. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113634243A (zh) | 2021-11-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Luo et al. | Resource utilization of piggery sludge to prepare recyclable magnetic biochar for highly efficient degradation of tetracycline through peroxymonosulfate activation | |
| Gao et al. | Immobilization of nanosilver onto glycine modified lignin hydrogel composites for highly efficient p-nitrophenol hydrogenation | |
| CN110560092B (zh) | 一种MoS2/BiVO4异质结复合光催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN109806900B (zh) | 一种分子印迹型Ag/Ag3VO4/CN纳米片复合光催化剂的制备方法及应用 | |
| 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 | |
| CN113061441A (zh) | 用于氧化修复土壤水体有机污染的生物炭负载铁材料及其制备方法、应用 | |
| CN111036249A (zh) | 一种FexP/Mn0.3Cd0.7S复合光催化剂及其制备方法与应用 | |
| Xue et al. | Photoredox catalysis of As (III) by constructed CSnS bonds: Using biomass as templates leads to bio‑carbon/SnS2 nanosheets capable of the efficient photocatalytic conversion of As (III) and calcium arsenate capture | |
| CN112169798B (zh) | 一种胶原基炭材料负载金属钴的催化剂及其制备方法与应用 | |
| Wu et al. | Enhanced adsorption and synergistic photocatalytic degradation of tetracycline by MOF-801/GO composites via solvothermal synthesis | |
| Du et al. | Modulating photothermal properties by integration of fined Fe–Co in confined carbon layer of SiO2 nanosphere for pollutant degradation and solar water evaporation | |
| CN110947385A (zh) | 一种碳封装缺陷铁纳米催化剂及其制备方法与其催化过一硫酸氢盐降解新兴污染物的应用 | |
| CN114505101A (zh) | 一种基于非均相类芬顿反应的有机染料降解催化剂及其制备和应用 | |
| CN112892608A (zh) | 一种水稳定的光降解有机污染物的复合材料及其制备方法 | |
| CN114392754B (zh) | 改性活性炭纤维复合材料及其制备方法、非均相电-Fenton催化复合材料及其应用 | |
| CN109876815B (zh) | 石墨烯/ZnFe2O4复合可见光催化剂及其制备方法 | |
| Wang et al. | Enhanced heterogeneous fenton degradation of organic pollutants by CRC/Fe3O4 catalyst at neutral pH | |
| CN114534783A (zh) | 一种制备单原子Pt嵌入共价有机框架的光催化剂的方法及其应用 | |
| He et al. | Microwave-assisted synthesis of amorphous cobalt nanoparticle decorated N-doped biochar for highly efficient degradation of sulfamethazine via peroxymonosulfate activation | |
| CN114433020A (zh) | 一种生物炭固定零价铁的复合材料及其制备方法和在去除水中四环素中的应用 | |
| CN105749949B (zh) | 内部包裹金属纳米粒子的含氮碳纳米管的制备方法 | |
| CN113499801A (zh) | 一种ZIF-8/TiO2复合材料及其制备方法和废水处理方法 | |
| CN113634243B (zh) | 一种艾炭三氧化二铁的制备及应用 | |
| CN109939740B (zh) | 一种负载金纳米粒子的二维纳米片的制备方法及应用 | |
| CN111701612A (zh) | 一种磁性纳米复合材料及其制备方法 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |