CN106824207A - 一种pn型CaFe2O4@a‑Fe2O3异质结复合光催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
一种pn型CaFe2O4@a‑Fe2O3异质结复合光催化剂及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106824207A CN106824207A CN201710046966.2A CN201710046966A CN106824207A CN 106824207 A CN106824207 A CN 106824207A CN 201710046966 A CN201710046966 A CN 201710046966A CN 106824207 A CN106824207 A CN 106824207A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- types
- cafe
- preparation
- composite photocatalyst
- heterojunction composite
- 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.)
- Pending
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 229910004333 CaFe2O4 Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 29
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 61
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims abstract description 6
- 241000186216 Corynebacterium Species 0.000 claims abstract description 5
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 20
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 16
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 13
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 5
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 2
- 238000005352 clarification Methods 0.000 claims description 2
- 238000004043 dyeing Methods 0.000 claims description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 2
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 abstract description 12
- 239000000047 product Substances 0.000 abstract description 5
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 abstract description 4
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 abstract description 3
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 abstract description 3
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 abstract description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 abstract description 2
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 abstract 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 abstract 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 abstract 1
- FBAFATDZDUQKNH-UHFFFAOYSA-M iron chloride Chemical compound [Cl-].[Fe] FBAFATDZDUQKNH-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract 1
- ZNCPFRVNHGOPAG-UHFFFAOYSA-L sodium oxalate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C(=O)C([O-])=O ZNCPFRVNHGOPAG-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract 1
- 229940039790 sodium oxalate Drugs 0.000 abstract 1
- RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 3,7-bis(dimethylamino)phenothiazin-5-ium Chemical compound C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 description 10
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 8
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 6
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 6
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 2
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000002508 compound effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000009514 concussion Effects 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000000870 ultraviolet spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000003911 water pollution Methods 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
- B01J23/002—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
- B01J23/76—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/78—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with alkali- or alkaline earth metals
-
- 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
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/36—Organic compounds containing halogen
-
- 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
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
- C02F2101/40—Organic compounds containing sulfur
-
- 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)
- 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
本发明公开了一种pn型CaFe2O4@a‑Fe2O3异质结复合光催化剂及其制备方法和应用,首先将氯化铁和氯化钙溶解于去离子水中,再加入草酸钠,搅拌均匀得到混合溶液,用碱性溶液调节混合溶液pH值后移入反应釜进行水热反应,水热反应结束后,冷却至室温,进行二次沉淀,然后再用碱性溶液调节混合溶液pH值,最后将产物离心、洗涤、干燥、研磨,再经短时热处理即得产物。本发明制备工艺简单,成本低廉,制备过程无污染,制得的催化剂具有短棒状、颗粒状或短棒/颗粒混合微观组织,具有良好的光催化活性和再生循环使用性,能有效应用于光催化降解废水中有机染料污染物。
Description
技术领域
本发明属于光催化剂制备技术领域,具体涉及一种pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
光催化具有节能、环保、高效的作用,有望成为人类解决化石类能源危机和水污染的最佳途径。光催化剂是光催化反应效率的决定性因素,为提高光催化效率,构筑异质结复合光催化材料以降低光生电子-空穴的复合率,目前已成为该领域的研发热点。当前研发较多的异质结类复合光催化剂以nn型异质结为主,因p型氧化物半导体较少,pn型异质结复合光催化剂制备技术的报道还不多。相较于nn型异质结,pn型异质结具有更强的光生电子-空穴分离能力,因此开发新型pn型异质结光催化剂的制备技术具有重要意义。
在众多窄带隙氧化物半导体中,Fe基氧化物因物理化学性质稳定、资源易得而广受关注。其中,CaFe2O4和a-Fe2O3分属p型和n型半导体,光学带隙分别为1.9和2.1 eV(太阳光谱利用率40%以上),可构成错排能带的异质结(CaFe2O4的导带和价带位置相较于a-Fe2O3均向负电位方向移动约0.5eV),有效提升光生电子/空穴分离效率、延长载流子的寿命,因此CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合体是极具应用前景的可见光催化材料。迄今为止,公开文献中鲜见有关pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂的制备方法及其光催化应用的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稳定性好、可见光响应范围宽、光催化活性高的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂及其制备方法和应用。
本发明的目的通过如下技术方案实现:
一种pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)将摩尔比40~4:1的FeCl3和CaCl2溶入去离子水中,加入固体Na2C2O4,搅拌均匀,得到澄清的混合溶液;
(2)用碱性溶液调节步骤(1)所配制的混合溶液pH值至4~6,搅拌均匀,移入高压反应釜中进行水热反应,然后自然冷却至室温,得到含初级沉淀物的固液体系;
(3)用碱性溶液调节步骤(2)得到的固液体系pH值至8~10,搅拌均匀,静置,依次用去离子水和无水乙醇洗涤、过滤,将沉淀物干燥、研磨,得到前驱物;
(4)将步骤(3)制备的前驱物在空气气氛中热处理,研磨,制得pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂。
进一步地,所述步骤(1)中Na2C2O4 与FeCl3和CaCl2的摩尔数的和之比为1.02~2.0:1。
进一步地,所述步骤(1)~(3)中搅拌转速都为300~500 rpm,搅拌时间都为20~60min。
进一步地,所述步骤(2)中的高压反应釜为聚四氟乙烯内衬不锈钢高压反应釜,水热反应温度为150~200℃,反应时间为5~10 h。
进一步地,所述步骤(2)~(3)中碱性溶液为NaOH溶液、KOH溶液或氨水。
进一步地,所述步骤(3)中静置时间为5~10 h。
进一步地,所述步骤(3)中干燥温度为70~90℃,干燥时间10~20 h。
进一步地,所述步骤(4)中热处理温度为800~1000℃,时间为20~40 min。
所述的制备方法制备的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂具有短棒状、颗粒状或短棒/颗粒混合微观组织,在可见光区具有强烈的光吸收。
所述的制备方法制备的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂应用在降解有机染料废水中。
本发明的有益效果:
(1)本发明通过“水热-室温二次沉淀-短时热处理”方法制备的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂,产物结晶度好(在附图1的XRD图谱中即可看出,复合物中两种物相均可见尖锐的特征衍射峰),催化剂循环使用性好,能大大降低催化剂的使用量,节省成本。
(2)本发明pn型CaFe2O4@a-Fe2O3复合光催化剂,具有宽的可见光响应范围、稳定性好以及高的光催化活性,适用于太阳能利用、环境治理等领域,如含有亚甲基蓝等的有机染料工业废水中有机污染物的降解。
(3)本发明的制备方法所用原料廉价易得,制备方法简单,生产成本低,制备过程无污染排放。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂的XRD图谱。
图2为本发明实施例1、2、3制备的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂的SEM照片。
图3为本发明制备的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂对亚甲基蓝模拟废水的降解效果。
图4为本发明制备的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂对亚甲基蓝模拟废水的循环光催化效果。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
(1)取0.4mol/L的FeCl3和0.1mol/L的CaCl2溶液各10mL混合,加入0.69 g的Na2C2O4,混合搅拌30min,得到澄清的混合溶液。
(2)在搅拌状态下,用1mol/L的NaOH溶液调节步骤(1)所配混合溶液的pH值至5,用去离子水将溶液定容至50mL,并移入聚四氟乙烯不锈钢高压水热反应釜中,于160℃水热反应8h,自然冷却至室温,得到含初级沉淀物的固液体系。
(3)用1mol/L的NaOH溶液调节步骤(2)水热反应得到的固液体系的pH至8.5,搅拌30min后静置8h,依次用去离子水和乙醇各洗涤3次,将沉淀物于80℃下烘干12h,研磨,得到前驱物。
(4)将步骤(3)制备的前驱物于950℃空气气氛中热处理20分钟,制得不同组分比的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂,经XRF和XRD检测,产物中CaFe2O4:a-Fe2O3摩尔比1 : 1。
图1是实施例1中制备的pn型CaFe2O4/a-Fe2O3异质结复合光催化剂的XRD图谱,可见所制备pn型CaFe2O4@a-Fe2O3样品由CaFe2O4和a-Fe2O3两种相复合而成,其衍射峰与CaFe2O4标准卡片PCPDF#74-2136、a-Fe2O3标准卡片PCPDF#79-1741完全一致,且未检测到其它杂质峰,说明制得了较纯净的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂。
图2(a)是实施例1中制备的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂的SEM照片,说明CaFe2O4:a-Fe2O3摩尔比为1 : 1的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂的微观形貌基本呈短棒状。
实施例2
(1)取0.6mol/L的FeCl3和0.1mol/L的CaCl2溶液10mL混合,并加入0.97 g的Na2C2O4,混合搅拌40min,得到澄清的混合溶液。
(2)在搅拌状态下,用0.8mol/L的KOH溶液调节步骤(1)所配混合溶液的pH值至4.5,用去离子水将溶液定容至70mL,并移入聚四氟乙烯不锈钢高压水热反应釜中,于180℃水热反应6h,自然冷却至室温,得到含初级沉淀物的固液体系。
(3)用0.8mol/L的KOH溶液调节步骤(2)水热反应得到的固液体系的pH至9,搅拌40min后静置7h,依次用去离子水和乙醇各洗涤3次,将沉淀物于70℃下烘干20h,研磨,得到前驱物。
(4)将步骤(3)制备的前驱物于850℃空气气氛中热处理30分钟,制得不同组分比的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂,经XRF和XRD检测,产物中CaFe2O4:a-Fe2O3摩尔比1 : 2。
图2(b)是实施例2中制备的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂的SEM照片,说明CaFe2O4:a-Fe2O3摩尔比为1 : 2的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂的微观组织由短棒状和颗粒状物组成。
本实施例2制得的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂的XRD图谱与图1相似,但CaFe2O4特征峰相对强度稍弱。
实施例3
(1)取1mol/L的FeCl3和0.1mol/L的CaCl2溶液各10mL混合,并加入1.5 g的Na2C2O4,混合搅拌50min,得到澄清的混合溶液。
(2)在搅拌状态下,用0.5mol/L的氨水调节步骤(1)所配混合溶液的pH值至5.5,用去离子水将溶液定容至100mL,并移入聚四氟乙烯不锈钢高压水热反应釜中,于170℃水热反应7h,自然冷却至室温,得到含初级沉淀物的固液体系。
(3)用0.5mol/L的氨水调节步骤(2)水热反应得到的固液体系的pH至9.5,搅拌50min后静置6h,依次用去离子水和乙醇各洗涤3次,将沉淀物于90℃下烘干10h,研磨,得到前驱物。
(4)将步骤(3)制备的前驱物于800℃空气气氛中热处理40分钟,制得不同组分比的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂,经XRF和XRD检测,产物中CaFe2O4:a-Fe2O3摩尔比1 : 4。
图2(c)是实施例3中制备的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂的SEM照片,说明CaFe2O4:a-Fe2O3摩尔比为1 : 4的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂的微观形貌呈颗粒状。
本实施例3制得的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂的XRD图谱与图1相似,但CaFe2O4特征峰相对强度趋弱。
应用实施例1
分别使用实施例1、2和3制备的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂,以10mg/L的亚甲基蓝溶液模拟染料废水,在模拟太阳光照射下进行光催化降解反应,具体实施步骤如下:
取30mg制得的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3复合催化剂,分散到浓度为10mg/L的亚甲基蓝溶液100mL中,在20 kHz的超声频率下震荡5min得到悬浮液;将悬浮液于暗室内搅拌30min以达到吸附-脱附平衡,滴加2mL的30%H2O2,在模拟太阳光下进行光催化降解反应,光源与液面的距离10cm。每隔30min取样2mL,于9000r/min离心5min,取上层澄清液在紫外-可见分光光度计上检测664nm处的吸光度值。
附图3是实施例1、2和3制备的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂在模拟太阳光照射下降解亚甲基蓝的浓度时间变化曲线图。由图3对比试验结果可知,在180min内,可比条件下制得的纯a-Fe2O3对亚甲基蓝的降解率为48%,而实施例1、2和3制备的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂对亚甲基蓝的降解率分别为91%、96%、96%。纯a-Fe2O3的光催化降解活性较低的原因是其光生电子-空穴极易复合,pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂的异质结具有有效分离光生电子-空穴、抑制其复合的作用,从而提高催化剂的光催化活性。因此,本发明制备的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂能有效地应用于可见光降解废水中的有机染料污染物。
应用实施例2
本发明制备的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂的再生、重复使用性能测试(以实施例2所制备的光催化剂为例,降解对象为亚甲基蓝),具体步骤如下:
称取实施例2所制备的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂40mg,分散到浓度为10mg/L的亚甲基蓝溶液150mL中,其余步骤和应用实施例1相同。待第一次降解反应180min结束后,将悬浮液静置3h,移除上层清液,先后用去离子水和乙醇洗涤催化剂各2次,以去除催化剂表面的染料,再于70℃干燥10h,得到再生的催化剂,进行下一次降解实验。
附图4是5次循环降解实验的结果,可见,样品经4次再生和重复使用,5次各180min降解率分别为95.5%、94%、91.5%、89%、88%,复合材料光催化活性稳定,证明本实施例制备的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂具有较好的稳定性。
Claims (10)
1.一种pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将摩尔比40~4:1的FeCl3和CaCl2溶入去离子水中,加入固体Na2C2O4,搅拌均匀,得到澄清的混合溶液;
(2)用碱性溶液调节步骤(1)所配制的混合溶液pH值至4~6,搅拌均匀,移入高压反应釜中进行水热反应,然后自然冷却至室温,得到含初级沉淀物的固液体系;
(3)用碱性溶液调节步骤(2)得到的固液体系pH值至8~10,搅拌均匀,静置,依次用去离子水和无水乙醇洗涤、过滤,将沉淀物干燥、研磨,得到前驱物;
(4)将步骤(3)制备的前驱物在空气气氛中热处理,研磨,制得pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中Na2C2O4 与FeCl3和CaCl2的摩尔数的和之比为1.02~2.0:1。
3.根据权利要求1所述的一种pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)~(3)中搅拌转速都为300~500 rpm,搅拌时间都为20~60 min。
4.根据权利要求1所述的一种pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中的高压反应釜为聚四氟乙烯内衬不锈钢高压反应釜,水热反应温度为150~200℃,反应时间为5~10 h。
5.根据权利要求1所述的一种pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)~(3)中碱性溶液为NaOH溶液、KOH溶液或氨水。
6.根据权利要求1所述的一种pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中静置时间为5~10 h。
7.根据权利要求1所述的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中干燥温度为70~90℃,干燥时间10~20 h。
8. 根据权利要求1所述的一种pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤(4)中热处理温度为800~1000℃,时间为20~40 min。
9.一种根据权利要求1-8任一所述的制备方法制备的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂,其特征在于,所述pn型CaFe2O4@a-Fe2O3具有短棒状、颗粒状或短棒/颗粒混合微观组织,在可见光区具有强烈的光吸收。
10.一种根据权利要求9所述的pn型CaFe2O4@a-Fe2O3异质结复合光催化剂在降解有机染料废水中的应用。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710046966.2A CN106824207A (zh) | 2017-01-22 | 2017-01-22 | 一种pn型CaFe2O4@a‑Fe2O3异质结复合光催化剂及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710046966.2A CN106824207A (zh) | 2017-01-22 | 2017-01-22 | 一种pn型CaFe2O4@a‑Fe2O3异质结复合光催化剂及其制备方法和应用 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106824207A true CN106824207A (zh) | 2017-06-13 |
Family
ID=59120046
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201710046966.2A Pending CN106824207A (zh) | 2017-01-22 | 2017-01-22 | 一种pn型CaFe2O4@a‑Fe2O3异质结复合光催化剂及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106824207A (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112811472A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-05-18 | 重庆工商大学 | 一种铁酸钙气体传感材料、制备方法和应用 |
CN114797871A (zh) * | 2022-04-12 | 2022-07-29 | 湘潭大学 | 一种用于降解电镀废水中污染物的钙铁复合催化剂的制备 |
CN115738999A (zh) * | 2022-12-08 | 2023-03-07 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种高铁酸钙纳米球材料及其制备方法和应用 |
-
2017
- 2017-01-22 CN CN201710046966.2A patent/CN106824207A/zh active Pending
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
单丹丹: "Fe2O3/CaFe2O4复合光催化剂的制备及其对甲基橙和苯酚的光催化降解性能研究", 《东北大学硕士学位论文》 * |
彭超等: "α -Fe2O3/ZnFe2O4 复合粉体制备及其光催化降解亚甲基蓝", 《过程工程学报》 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112811472A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-05-18 | 重庆工商大学 | 一种铁酸钙气体传感材料、制备方法和应用 |
CN112811472B (zh) * | 2021-01-11 | 2022-11-18 | 重庆工商大学 | 一种铁酸钙气体传感材料、制备方法和应用 |
CN114797871A (zh) * | 2022-04-12 | 2022-07-29 | 湘潭大学 | 一种用于降解电镀废水中污染物的钙铁复合催化剂的制备 |
CN115738999A (zh) * | 2022-12-08 | 2023-03-07 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种高铁酸钙纳米球材料及其制备方法和应用 |
CN115738999B (zh) * | 2022-12-08 | 2024-03-22 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种高铁酸钙纳米球材料及其制备方法和应用 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104014326B (zh) | 一种钒酸铋纳米棒高效光催化剂及其制备方法 | |
CN105289693A (zh) | 一种Zn0.5Co0.5Fe2O4/g-C3N4复合光催化剂的制备方法 | |
CN105056981B (zh) | 高效去除难降解有机污染物的复合光催化剂g‑C3N4‑铁酸铋的制备及其应用 | |
WO2021212923A1 (zh) | 负载于泡沫镍表面的 p-n 异质结复合材料及其制备方法与应用 | |
CN107824207B (zh) | 一种处理水体中孔雀石绿的磷酸银复合光催化剂的制备方法 | |
CN106865685B (zh) | 一种光催化降解罗丹明b染料废水的处理方法 | |
CN106944074B (zh) | 一种可见光响应型复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
CN103191725B (zh) | BiVO4/Bi2WO6复合半导体材料及其水热制备方法和其应用 | |
CN108355669B (zh) | 一种磁性纳米洋葱碳负载Bi2WO6的光催化剂及其制备方法和应用 | |
CN106622293B (zh) | 一种H-TiO2/CdS/Cu2-xS纳米带的制备方法 | |
CN106311283A (zh) | 一种p‑n异质结BiVO4/MoS2复合光催化剂及其制备方法 | |
CN105195190A (zh) | 一种异质结光催化剂SnS2/g-C3N4及其制备方法和应用 | |
CN104971762A (zh) | 一种g-C3N4/CaIn2S4可见光复合光催化剂的制备方法与应用 | |
CN108686665A (zh) | 一种纳米棒铁酸锌原位复合片层二氧化钛光催化材料的制备方法 | |
CN101972645A (zh) | 可见光响应型半导体光催化剂钒酸铋的制备方法 | |
CN106824207A (zh) | 一种pn型CaFe2O4@a‑Fe2O3异质结复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
CN107837816A (zh) | Fe2O3/g‑C3N4复合体系及制备方法和应用 | |
CN109665560A (zh) | 一种碳、氮掺杂的全光谱吸收的BiOCl及其制备方法和应用 | |
CN105772051A (zh) | 一种Bi2O2CO3-BiFeO3复合光催化剂及其制备方法 | |
CN106693996A (zh) | 硫化铋‑铁酸铋复合可见光催化剂的制备方法及其应用 | |
CN107115885B (zh) | 一种用PEG改性g-C3N4-Cu2O复合催化剂的制备方法及其应用 | |
CN105854912A (zh) | 一种BiPO4-WO3复合光催化剂及其制备方法 | |
CN104971753A (zh) | 一种Bi2O2CO3-BiPO4复合型光催化剂及其制备方法 | |
CN114849752A (zh) | 六方氮化硼/花环状石墨型氮化碳异质结复合光催化剂及其制备方法和应用 | |
CN105771988A (zh) | 一种高催化活性分等级结构钼酸银的制备方法 |
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 | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170613 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |