本发明属可见光催化技术领域，涉及一种fe2o3/cnh光催化剂及其制备方法与应用。
背景技术：
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近年来，我国绝大部分城镇的饮用水源都受到了不同程度的污染，饮用水安全面临着巨大的挑战。饮用水水源日益恶化，微污染原水的处理成为研究热点。由于微污染原水受到有机物、氮、磷等的污染，对饮用水源造成威胁，如何实现对这一水源的有效处理以确保饮用水的安全，已成为当前相关研究领域所关注的焦点，微污染原水的治理迫在眉睫。现在自来水厂所使用的常规处理工艺对水中污染物质的去除效果不佳，提高微污染原水的处理技术，不仅有助于提高饮用水的安全可靠性，还可以提高国民经济的发展水平和人民的生活水平。
微污染原水的污染指标以高锰酸盐指数和氨氮为主，水质具有有机物综合指标值较高、氨氮浓度较高、嗅和味明显等特点。微污染原水的主要成因有两个，一是：天然污染物，主要是水中动、植物分解而形成的产物；二是：人类活动产生的污染物。微污染水源水的水质主要受排入的工业废水和生活污水的影响，在江河水源上表现为氨氮、色度、有机物等含量超标。水源水的污染给人类健康构成了巨大威胁，不少有机污染物对人体的生命健康有危害。微污染原水中氨氮含量与其他水体相比较高，虽然氨氮的存在不影响健康，但是氨氮的存在表明水体已经受到污染，水质有恶化的趋势。微污染原水水质较差，影响使用，不能直接作为饮用水源，严重威胁人体健康。
光催化氧化是一种新型的水处理技术，是本实验的研究重点，本实验主要研究光催化氧化对微污染原水处理效果的影响。光源作为光催化氧化水处理技术的核心部分，它的结构、发光方式、光源寿命与光催化氧化的效率密切相关。光催化氧化技术是近30年才出现的水处理新技术。与传统的微污染原水的处理方式相比，光催化运用太阳能，对环境保护具有重要意义，未来光催化技术必将成为水处理的重要方式。
g-c3n4光催化剂是一种新型光催化剂，也是本实验所采用的光催化剂。g-c3n4是一种富电子的有机半导体，g-c3n4的能隙为2.7ev，可以作为紫外和可见光下催化析氢和析氧的非金属光催化剂。g-c3n4光催化剂因其独特的结构，在催化氧化有机污染物、制氢制氧等方面都表现出特有的优势。g-c3n4在五种c3n4中是最稳定的，但目前还没有发现天然的g-c3n4，因此目前出现的g-c3n4都是人工合成的。g-c3n4半导体催化剂作为非金属多相催化剂，在光催化处理水污染方面已取得了较好成果。
技术实现要素：
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本发明的目的在于对g-c3n4光催化剂进行改性，并将改性后的催化剂应用于处理微污染原水。光催化降解有机污染物已被公认为最有前景的绿色环境净化技术之一。本发明的改性方法包括对g-c3n4进行酸刻蚀制备得到cnh以及fe2o3负载制备fe2o3/cnh。fe2o3/cnh样品主体部分为cnh，为颗粒状物质，fe2o3晶体均匀地负载在cnh上。与石墨相g-c3n4相比，fe2o3/cnh结构细碎，呈颗粒状，比表面积较大，fe2o3成功负载在cnh上，有助于充分与被催化物质接触，增强催化效果。
为了实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案：
1、一种fe2o3/cnh复合可见光催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)cnh晶体的制备：称取3g石墨相g-c3n4，仔细研磨，放置备用。配置0.5mhno3溶液，将3g石墨相g-c3n4加入到120ml的0.5mhno3溶液中，磁力搅拌30min，使黄色粉末均匀分散在溶液中。30min后将悬浮液转移至高压反应釜中，放入电热恒温鼓风干燥箱中，在160℃下反应7h。7h后冷却至室温，取出后离心分离，取出沉淀物，用无水乙醇和超纯水各洗4次。置于真空干燥箱中，真空干燥10h，得到酸刻蚀的g-c3n4，即得cnh；
(2)fe2o3/cnh复合可见光催化材料的制备：将步骤(1)中所述的cnh和fe2o3以10wt％、20wt％、30wt％、40wt％的质量比fe2o3混合，并溶解于20ml的去离子水中，一边溶解一边搅拌。得到悬浮液后，在水浴锅中加热至120℃，以去除水分。取出后放置于烘箱中，在80℃下烘干。随后转移到陶瓷坩埚中，放入箱式电阻炉中以5℃/min从室温升温至520℃，在该温度下保持2h，2h后关闭箱式电阻炉，自然冷却至室温。取出后研磨，用无水乙醇和超纯水各洗4次，放置于鼓风恒温干燥箱内烘干。取出后，充分研磨，得到fe2o3/cnh。
2、上述方法中，步骤(1)所述的fe2o3/cnh复合可见光催化材料的制备方法，是对g-c3n4进行酸刻蚀，制备cnh。
3、上述方法中，步骤(1)所述光催化材料可将其应用于处理微污染原水。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备工艺简单、条件温和、稳定性好、成本低廉，具有催化效率高、环保节能、无毒无污染等突出优点，符合环境友好要求，具有广泛的运用前景；
(2)通过本发明的制备方法制备的复合光催化材料fe2o3/cnh样品孔隙较多，结构较为蓬松，主体部分为cnh，为颗粒状物质，fe2o3晶体均匀地负载在cnh上。与石墨相g-c3n4相比，fe2o3/cnh结构细碎，呈颗粒状，比表面积较大，fe2o3成功负载在cnh上，可以充分与被催化物质接触，增强催化效果；
(3)fe2o3负载后，催化剂的性能有所提高。其中，chl-a去除率提高显著，tp、codmn与nh3-n的去除率提高明显。可见，fe2o3/cnh光催化对微污染原水的处理具有潜在的应用价值。
附图说明
图1fe2o3的扫描电镜图(sem)。
图2fe2o3/cnh的扫描电镜图(sem)。
图3fe2o3/cnh处理微污染原水的处理效果图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明，以使本领域技术人员更好地理解本发明，但本发明并不局限于以下实施例。
实施例1：
cnh晶体的制备：称取3g石墨相g-c3n4，仔细研磨，放置备用。配置0.5mhno3溶液，将3g石墨相g-c3n4加入到120ml的0.5mhno3溶液中，磁力搅拌30min，使黄色粉末均匀分散在溶液中。30min后将悬浮液转移至高压反应釜中，放入电热恒温鼓风干燥箱中，在160℃下反应7h。7h后冷却至室温，取出后离心分离，取出沉淀物，用无水乙醇和超纯水各洗4次。置于真空干燥箱中，真空干燥10h，得到酸刻蚀的g-c3n4，即得cnh。
实施例2：
fe2o3/cnh复合可见光催化材料的制备：将实施例1中所述的cnh和fe2o3以10wt％、20wt％、30wt％、40wt％的质量比fe2o3混合，并溶解于20ml的去离子水中，一边溶解一边搅拌。得到悬浮液后，在水浴锅中加热至120℃，以去除水分。取出后放置于烘箱中，在80℃下烘干。随后转移到陶瓷坩埚中，放入箱式电阻炉中以5℃/min从室温升温至520℃，在该温度下保持2h，2h后关闭箱式电阻炉，自然冷却至室温。取出后研磨，用无水乙醇和超纯水各洗4次，放置于鼓风恒温干燥箱内烘干。取出后，充分研磨，得到fe2o3/cnh。
图1为fe2o3的扫描电镜图(sem)，可以发现fe2o3晶体均匀的分散开来，且粒径较小，可达到纳米级别。图2为fe2o3/cnh的扫描电镜图(sem)，观察图2发现，fe2o3/cnh样品孔隙较多，结构较为蓬松。fe2o3/cnh样品主体部分为cnh，为颗粒状物质，比表面积较大，fe2o3晶体均匀地负载在cnh上，有助于提高催化性能。与石墨相g-c3n4相比，fe2o3/cnh结构细碎，呈颗粒状，fe2o3成功负载在cnh上，有助于充分与被催化物质接触，增强催化效果。
制备的fe2o3/cnh催化剂对微污染原水中tn、tp、codmn、nh3-n以及chl-a的去除率见图3。
实施例3：
光催化活性评价：在可见光30min，催化剂投加量为40mg条件下，fe2o3掺杂量为30wt％制备的fe2o3/cnh催化性能达到最佳。由图3可知，fe2o3/cnh对微污染原水的处理效果明显。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。