一种铁酸锌磁性光催化剂的制备方法及其应用与流程

本发明涉及一种铁酸锌磁性光催化剂的制备方法及其应用，具体涉及铁酸锌的制备方法，属于无机环保光催化材料技术领域。

背景技术

众所周知，环境污染中的主要污染源来源于工业生产中的废水、废气的排放。这些废水、废气往往以各种各样的有机物为主，成分复杂，直接处理难度极高。实际的生产过程中，如果处理效率低下，深度处理过程不能及早的完成，必然会带来企业运营成本的提高。尤其水资源污染是目前世界各国普遍面临而亟待解决的问题之一。许多有毒有害的有机污染物被水体和土壤自净的速度很慢而净化不彻底，并且在水体中存在时间长、范围广，对人类潜在影响很大，如许多有机物或其降解的中间产物具有“致癌、致畸、致突变”的“三致性”。对于这些难降解的有毒污染物采用传统的物理、化学、生物处理工艺已难以去除。因此，为了提高污水处理率和再利用率，开发新型高效并且环境友好的治理技术成为广大科学研究者们研究的热点。开展经济而有效的水体中难降解有机污染物控制技术的研究显得尤为迫切。与传统的方法不同，光催化技术利用太阳光能完全降解水和空气中的有机污染物，不产生二次污染，且操作简单、成本低，被认为是废水处理尤其是工业废水处理中最有前途的技术之一。

铁酸锌是一种重要的窄带隙的半导体材料，具有良好的化学稳定性以及铁磁性，铁酸锌主要作为磁性材料和催化剂被广泛研究，具有广阔的应用前景。

现有技术中的铁酸锌制备方法复杂，成本较高，不利于工业化大规模生产和应用，并且其光催化活性和光催化稳定性较差，也不便于回收重复利用，资源浪费严重。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供了一种工艺简单易行、光催化活性高、光催化稳定好、易于回收循环利用的磁性铁酸锌光催化剂及其制备方法。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种铁酸锌磁性光催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

一种铁酸锌磁性光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将0.01mol～0.03mol硫酸锌或其水合物与0.02mol～0.06mol三价铁的化合物溶于去离子水中，其中硫酸锌或其水合物和三价铁的化合物的摩尔比为1：2，超声至所有化合物均匀分散，

步骤2，用氢氧化钠溶液调节混合溶液的ph值为8～10，在室温条件下将混合溶液置于圆底烧瓶中，水浴反应4h，反应结束后将产物离心洗涤，干燥后即得铁酸锌磁性光催化剂。

作为优选，所述的三价铁的化合物为三氯化铁或水合三氯化铁，硝酸铁或水合硝酸铁，硫酸铁或水合硫酸铁中的任意一种。

作为优选所述的氢氧化钠溶液的浓度为1mol/l-4mol/l。

作为优选，所述的水浴反应温度为70℃-80℃。

一种采用铁酸锌磁性光催化剂作为光催化剂的应用，其特征在于，将铁酸锌磁性光催化剂用于光催化降解有机染料罗丹明b和亚甲基蓝。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.本发明在常温条件下采用简单的共沉淀法制备铁酸锌，得到一种磁性光催化剂,其制备方法简单、可操作性强，且条件易于控制，成本低廉，环境兼容性好，有利于工业化大规模生产和应用；

2.本发明方法制备得到的铁酸锌磁性光催化剂具有优异的光催化性能，在模拟太阳光的照射下能有效地降解有机染料罗丹明b和亚甲基蓝；

3.利用磁分离技术可实现对此光催化剂的高效回收和重复循环使用，解决了光催化剂使用后难以回收利用的难题，降低了催化材料的使用成本。

附图说明

图1为实施例1，2，3所得产物铁酸锌的模拟太阳光光催化降解有机染料罗丹明b的光催化性能对比图；

图2为实施例2所得产物铁酸锌循环对有机染料罗丹明b进行五次实验的光催化降解效果图。

图3为实施例1，2，3所得产物铁酸锌的模拟太阳光光催化降解有机染料亚甲基蓝的光催化性能对比图；

图4为实施例3所得产物铁酸锌循环对有机染料亚甲基蓝进行五次实验的光催化降解效果图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明做进一步描述，本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围：

实施例1

铁酸锌磁性光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

将0.01mol七水合硫酸锌与0.02mol六水合三氯化铁溶于去离子水中，其中七水合硫酸锌和六水合三氯化铁的摩尔比为1：2，超声至所有化合物均匀分散，再用1mol/l的氢氧化钠溶液调节混合溶液的ph值为8，在室温条件下将混合溶液置于圆底烧瓶中，在80℃温度下水浴反应4h，反应结束后将产物离心洗涤，最后于60℃干燥24h后得到铁酸锌磁性光催化剂。

实施例2

铁酸锌磁性光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

将0.02mol七水合硫酸锌与0.04mol九水合硝酸铁溶于去离子水中，其中七水合硫酸锌和九水合硝酸铁的摩尔比为1：2，超声至所有化合物均匀分散，再用2mol/l的氢氧化钠溶液调节混合溶液的ph值为9，在室温条件下将混合溶液置于圆底烧瓶中，在70℃温度下水浴反应4h，反应结束后将产物离心洗涤，最后于60℃干燥24h后得到铁酸锌磁性光催化剂。

实施例3

铁酸锌磁性光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

将0.03mol七水合硫酸锌与0.06mol硫酸铁溶于去离子水中，其中七水合硫酸锌和硫酸铁的摩尔比为1：2，超声至所有化合物均匀分散，再用4mol/l的氢氧化钠溶液调节混合溶液的ph值为10，在室温条件下将混合溶液置于圆底烧瓶中，在80℃温度下水浴反应4h，反应结束后将产物离心洗涤，最后于60℃干燥24h后得到铁酸锌磁性光催化剂。

图1是实施例1，2，3所得产物铁酸锌的模拟太阳光光催化降解有机染料罗丹明b的性能对比图，从图中可以看出，实施例1，2，3所得的铁酸锌能将有机染料罗丹明b降解，实施例1完全降解罗丹明b需要约40min，实施例2需要约38min，实施例3需要约40min，而在没有光催化剂存在的条件下罗丹明b的自降解率不足10％。从图中可以说明，本发明方法得到的铁酸锌磁性光催化剂在模拟太阳光下对有机染料罗丹明b有优异的降解效果。

图2为实施例2所得产物铁酸锌循环对有机染料罗丹明b进行五次实验的光催化降解效果图。在该循环实验中，铁酸锌磁性光催化剂用外加磁场进行分离，并用去离子水和乙醇洗数次，并重新分散在有机染料罗丹明b中进行光催化反应。实验证明实施例2所制备的光催化剂在多次光催化降解的循环使用中均表现出优异的光催化活性，直到第六次循环依然可以降解96％的罗丹明b，在循环测试中失活现象不明显。由此可见，本发明的光催化剂能够多次循环使用，重复性良好，具有优异的循环降解性能和光催化稳定性。

图3是实施例1，2，3所得产物铁酸锌的模拟太阳光光催化降解有机染料亚甲基蓝的性能对比图，从图中可以看出，实施例1，2，3所得的铁酸锌能将有机染料亚甲基蓝降解，而在没有光催化剂存在的条件下亚甲基蓝自降解率不足8％。从图中可以说明，本发明方法得到的铁酸锌磁性光催化剂在模拟太阳光下对有机染料亚甲基蓝有良好的光催化活性。

图4为实施例3所得产物铁酸锌循环对有机染料亚甲基蓝进行五次实验的光催化降解效果图，所得产物铁酸锌对亚甲基蓝同样具有光催化稳定性。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。