/ZnO复合光催化剂的制备方法
【技术领域】
[000。 本发明设及一种片状a-Fe203/ZnO复合光催化剂的制备方法，属于光催化剂制备 领域。
【背景技术】
[0002] 半导体异相光催化降解技术是一项新兴的环境污染物净化技术。目前所使用的 光催化材料中，虽然Ti化因氧化还原能力强、性质稳定、无毒无害等优点一直处于研究的核 屯、地位，但其至今仍存在光生电子与空穴易复合，量子效率较低，无法充分利用可见光等问 题。
[0003] ZnO拥有与Ti〇2相近的禁带宽度和价带能级位置，且两者的光催化降解机理完全 相同，因此ZnO本质上亦是一种优良的光催化材料。过去ZnO用作光催化剂的研究较少，主 要是由于ZnO相比Ti化存在易发生光腐蚀及在强酸性和碱性溶液中易溶解的不足。近年 来，微纳米ZnO光催化降解有机物的报道逐渐增多。加之ZnO的量子效率高于Ti化，而生产 成本相对较低，所WZnO极有可能成为继Ti〇2之后的又一种应用前景广泛的光催化剂。
[0004] 当前，科研人员主要通过金属/非金属渗杂、半导体复合和贵金属表面担载等方 式来改善半导体光催化剂的性能，提高光催化效率。其中复合光催化剂多为二组分体系，如 CdS/Ti化、SnOz/Ti化、化2〇3/Sn〇2和W〇3-Ti化等，它们均表现出了好于单一半导体的稳定性 和催化活性。然而，W增进ZnO光催化剂性能为目的的复合体系研究尚处在起步阶段，所用 复合剂也多限于Ti化、CdS、Sn〇2等传统半导体。因此，继续加强ZnO复合光催化剂的合成 与应用研究是非常必要的。
[0005] 尽管a-Fe2〇3的禁带宽度较窄，光吸收范围扩展到了可见光区，且具有化学稳定 性高、耐酸碱、耐光腐蚀等优良特性，但迄今为止，有关a-FezCVZnO复合物制备及其光 催化性能的研究还很少。国内的周振等狂nO/Fe2〇3光催化降解苯酪.玉林师范学院学 报（自然科学），2011，32巧）：69-72)采用浸溃法将211〇负载在化2〇3上，制备出了一系 列不同质量百分比的化0/化2〇3复合光催化剂，同时证实W白识灯为光源，苯酪为降解对 象时，ZnO负载量为3%的化0/化2〇3复合光催化剂活性最高。Liu等（P;化parationand photocatalyticactivityofZn0/Fe2〇3nanotubecomposites.MaterialsScienceand 化gineeringB，2015，194 :9-13)应用光化学沉积法将化203沉积在低溫水热法制备的ZnO纳米棒表面得到了化0/化2〇3纳米管，相同时间内最优反应条件所制化0/化2〇3纳米 管光催化降解亚甲基蓝的效率几近ZnO纳米棒的2倍。Achouri等（Aqueoussynthesis andenhancedphotocatalyticactivityofZnO/FezOsheterostructures.Journ曰Iof PhysicsandQiemistryofSolids，2014,75(10) :1081-1087)通过促使 在纳米化0 表面水解的方式制得了化0/化203异质结构，并发现其在紫外光照下降解水杨酸的活性明 显高于商用化0。与运S种方法不同，Villasefior等（Photocatalyzedmineralizationof kraftblackliquoronZn0/Fe2〇3coupledsemiconductor.EnvironmentalTechnology， 2002,23(8) :955-959)直接对ZnO与化203粉体进行机械混合获得了ZnO/Fe2〇3禪合半导 体，其光催化降解造纸黑液中有机物的实验结果表明，矿化速率随化0/化2化比例的增大(0. 5-0. 7)不断上升。虽然负载型a-FezCVZnO较经机械混合得到的化0/化2〇3禪合体 更有利于发挥Zn〇-Fe2〇3间的协同效应，但却存在二次制备和成本较高的问题。因此，寻找 一种既简单经济，又能保证化0与化2〇3之间相互作用的a-Fe2〇3/ZnO复合光催化剂制备方 法意义非常明显。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种制备片状a-Fe2〇3/ZnO复合光催化剂的方法，该方法 反应原料少、工艺简单、条件溫和、反应时间短、对环境无污染，是一种绿色合成工艺，容易 实现工业化。所制得的催化剂产品能在紫外-可见光照条件下有效降解有机污染物，可用 于废水处理。
[0007] 为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：
[0008] 本发明包括下述步骤：
[0009] 步骤一：反应前驱液的制备：在揽拌条件下，向=价铁盐溶液中先滴加碱溶液，再 滴加锋盐溶液，滴加完毕后，继续揽拌至混合液呈包含红褐色物质的浑浊状态；
[0010] 其中S价铁盐、碱及锋盐的摩尔比为（1~10) : 90 : 10 ;
[0011] 步骤二：陈化：将装有反应前驱液的玻璃容器浸入80~99°C的水浴锅中陈化至容 器底部覆有沉淀且反应液变澄清，经抽滤、洗涂、自然惊干，得到a-FezCVZnO复合光催化 剂。
[0012] 作为对本发明的进一步限制，本发明步骤一中所述=价铁盐选自硝酸铁、氯化铁 或硫酸铁；所述S价铁盐水溶液的摩尔浓度为0. 5~2mol?L1。
[0013] 作为对本发明的进一步限制，本发明步骤一中所述=价铁盐为硝酸铁；所述硝酸 铁水溶液的摩尔浓度为Imol?L1。
[0014] 作为对本发明的进一步限制，本发明步骤一中所述碱选自氨氧化钢、氨氧化钟或 氨水；所述碱溶液的摩尔浓度为2~6mol?L1。
[0015] 作为对本发明的进一步限制，本发明步骤一中所述碱为氨氧化钢；所述氨氧化钢 水溶液的摩尔浓度为4mol?L1。
[0016] 作为对本发明的进一步限制，本发明步骤一中所述锋盐选自硝酸锋、氯化锋、醋酸 锋或硫酸锋；所述锋盐水溶液的摩尔浓度为0. 5~2mol?L1。
[0017] 作为对本发明的进一步限制，本发明步骤一中所述锋盐为硝酸锋；所述硝酸锋水 溶液的摩尔浓度为Imol?L1。
[0018] 本发明的积极效果为：本发明采用低溫陈化法一步制备a-Fe2〇3/ZnO复合光催 化剂，相较于先制备出a-Fe2〇3或ZnO再合成a-FezCVZnO复合物的两步法和直接W纯 a-Fe2〇3、纯ZnO为原料的机械混合法，不仅操作步骤简单、反应条件溫和、能耗小，还能充 分发挥a-Fe2〇3与ZnO之间的协同效应，有利于在产业化大生产时推广。
[0019] 本发明采用低溫陈化法制备a-Fe2〇3/ZnO复合光催化剂，属于一种无机材料合成 方法。尽管该方法中使用的溶剂也是水，但与常规的水热合成法还是存在一定区别的。一 般常规的水热合成法制备a-Fe2〇3/ZnO粉体需要使用高压蓋和马弗炉等特定设备，造价偏 高，反应时溫度多在100~240°C之间，耗能也较大。而本发明的方法使用的都是普通玻璃 仪器，陈化时所用的水浴锅也非贵重设备，且反应溫度不超过l〇〇°C，因此相对更为简单、经 济。
[0020] 本发明制备的a-FezCVZnO复合光催化剂，一方面利用a-Fe2〇3和化0二者之间 的能级差异使复合半导体的禁带宽度减小，从而扩大吸收波长的范围，提高对可见光的利 用率；另一方面a-Fe2〇3和化0二者之间的能级差异还使得化0导带中被激发的电子很容 易迁移到能级较低的a-Fe2〇3导带上，令电子和空穴处于不同物相中，在一定程度上延长 电子和空穴寿命，降低它们的复合几率，提高复合半导体的光催化性能。此外，a-Fe2〇3耐 酸碱、耐光腐蚀的优良特性能较为有效地改善化0的耐酸碱性和光稳定性，实现a-Fe2〇3/ ZnO复合光催化剂的多次回收再利用。
[00川本发明摸索了a -Fe203/ZnO复合光催化剂的最佳配比，既可利用a -Fe203和化0 之间的能级差异提高化0的光催化活性，又可避免过多的a-Fe203破坏a-Fe203在ZnO上 的分散和/或因化0价带的位置低于a -Fe203价带的位置，化0产生的光生空穴可转移到 a -Fe203的价带中去，而使多余的a -Fe203成为电子和空穴的复合中屯、，W致影响光生电 子-空穴的分离效率，降低a -Fe203/ZnO复合物的光催化性能。
【附图说明】
[002引图1为对比例制备的纯化0光催化剂及实施例1~4制备的a -Fe203/ZnO复合光 催化剂的XRD表征图谱；
[002引图2为对比例制备的纯化0光催化剂的阳沈M表征图；
[0024]图3为实施例1制备的a-FezCVZnO复合光催化剂的阳沈M表征图；
[002引图4为实施例2制备的a-FezCVZnO复合光催化剂的阳沈M表征图；
[0026] 图5为实施例3制备的a-FezCVZnO复合光催化剂的阳沈M表征图；
[0027] 图6为实施例4制备的a-FezCVZnO复合光催化剂的阳沈M表征图；
[002引图7为对比例制备的纯化0光催化剂及实施例1~4制备的a -Fe203/ZnO复合光 催化剂的UV-VisDRS表征图谱；
[0029] 图8为对比例制备的纯化0光催