复合光催化剂的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种Zna5Coa5Fe204/g-C3N4复合光催化剂的制备方法，属环境功能材料制备技术领域。
【背景技术】
[0002]环境污染和能源短缺是当今世界亟待解决的两大主要问题。光催化作为一种绿色技术，提供了彻底消除有毒化学品潜在有效的途径，具有利用天然太阳能源进行环境污染治理的双重作用，开发具有可见光活性的新型光催化剂已成为一项重要的研究课题。
[0003]尖晶石结构的复合金属氧化物由于其结构的特殊，具有很多性能，在冶金、电子、化学工业等领域都有广泛的用途，可以作为磁性材料、吸波材料、传感材料、电池阴极材料和高温工程材料等。除此之外它们还是一类重要的催化剂，其禁带宽度大约为1.9eV，可以有效地利用太阳能，因此可以构建制备新型对可见光敏感的铁酸盐类光催化剂。g_C3N4是一种非金属半导体，由地球上含量较多的C、N元素组成，带隙约2.7 eV，对可见光有一定的吸收，抗酸、碱、光的腐蚀，稳定性好，结构和性能易于调控，具有较好的光催化性。半导体复合改性是通过窄禁带隙半导体与等宽带隙半导体之的能级相合，以扩展宽带隙半导体的光谱响应范围，提高太阳能利用率的一种有效手段。
[0004]基于以上分析，结合Zn。.5Co0.5Fe204和g_C 3N4材料各自优势，利用水热法制备Zna5Coa5Fe204/g-C3N4复合光催化剂，能够大大的提高其在可见光下的吸收区域，延长电子-空穴复合速率，更有利可见光下的催化性能，并且稳定性更强，同时具有很强的磁性，易于回收利用。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于使用了一种温和易行的水热法制备法，制备了一种强磁性(易回收利用)高效的Zna5Coa5Fe204/g_C3N4 (铁酸锌钴/石墨型氮化碳)复合光催化剂。本发明构建一个复合可见光光催化体系；通过形成异质结结构增强了可见光的吸收范围，增强了该催化剂在可见光区域内光催化活性。
[0006]本发明的技术方案如下:
一种Zna5Coa5Fe204/g-C3N4复合光催化剂的制备方法，按以下步骤进行:
(1)称取三聚氰胺固体并放坩祸中，盖上盖子，并将坩祸带盖子一起放入马弗炉中，程序升温反应得到g_C3N4纳米片；
(2)取步骤(1)中的g_C3N4纳米片样品研磨，称取g_C3N4纳米片超声分散于去离子水中，制成g_C3N4纳米片悬浊液；
(3)称取Fe(N03)3.9Η20固体、Ζη (Ν03)2.6Η20固体和Co (N03)2.6Η20固体加入到去离子水中溶解形成混合溶液，与步骤(2)中悬浊液混合均匀，增加磁力搅拌转速，继续搅拌使其充分反应；再向其中缓慢加入L(+)酒石酸固体，缓慢加入完毕之后，继续搅拌使其充分反应；再向其中缓慢加入NaOH固体，增加磁力搅拌转速，继续搅拌使其充分反应，搅拌均匀；将混合液转移到反应釜中反应后得到固体产物，用新制去离子水和乙醇洗涤，真空干燥，得到 Zn。.5Co0.5Fe204/g-C3N4复合光催化剂。
[0007]步骤(1)中，所述马弗炉程序升温反应条件为2~6°C 速率程序升温至550~600°C 反应 4~6h ；
步骤(2)中，所述g_C3N4纳米片悬浊液的浓度为0.06-0.lg/mL。
[0008]步骤(3)中，所述混合溶液中Fe (N03) 3.9H20，Zn (N03) 2.6H20，Co (N03) 2.6H20，L(+)酒石酸，NaOH 固体的质量比为 4.04-8.08g:0.74-1.48g:0.75-1.49g:1.92-3.84g:
2.2-4.4g ;其中，混合溶液中Fe(N03)3.9H20的物质的量浓度为0.1-0.2g/mL。
[0009]步骤(3)中，所述L(+)酒石酸固体、NaOH固体缓慢加入的时间均为lmin~10min ；每加入一种反应原料继续搅拌使其充分反应时间均为10min~60min。
[0010]所述混合液转移到反应釜的条件为160~200°C反应12~24h。
[0011]其中步骤(3)去离子水和乙醇各洗涤三次，所述真空干燥在低于100°C下干燥。
[0012]本发明的技术优点:
(1)本发明中所采用的水热法所制得复合光催化剂结晶纯度高，无需繁杂的逐一制备各个单体再复合，并且制备过程中反应条件温和，不需经过高温煅烧制备复合催化剂，有效的避免了高温过程中铁酸锌晶体类型发生改变而引起磁性减弱，从而导致回收困难；
(2)本发明所制备的复合光催化剂性能优于一般以铁酸锌为材料制备的复合催化剂。以窄带半导体材料Zna5Coa5Fe204通过简单易行的水热法和宽带材料g_C 3N4复合制备可见光催化剂，不仅是可见光催化剂具备强磁性，有利于回收利用，降低成本，绿色环保；而且由于Zna5COa5Fe204与g_C 3N4能级位置匹配很好，复合之后可促进电子转移和自由基生成，提高光催化剂在可见光区域吸收和光催化活性以及g_C3N4稳定性。
【附图说明】
[0013]下面结合附图和实施例对本发明技术作进一步描述。
[0014]图1 本发明的 g-C3N4，Zn。.5Co0.5Fe204和 Zn 0.5Co0.5Fe204/g_C3N4复合光催化剂 XRD图。
[0015]图2 本发明的 Zn0.5Co0.5Fe204 (a)和 Zn0.5Co0.5Fe204/g-C3N4 (b)复合光催化剂 TEM图。
[0016]图3 本发明的 g-C3N4，Zna5Coa5Fe204和 Zn Q.5CoQ.5Fe204/g-C3N4复合光催化剂紫外漫反射光谱图。
[0017]图4 本发明的 g_C3N4，Zn0.5Co0.5Fe204和 Zn 0.5Co0.5Fe204/g_C3N4复合光催化剂光降解效果图。
[0018]图5 本发明的 g-C3N4，Zn0.5Co0.5Fe204和 Zn 0.5Co0.5Fe204/g_C3N4复合光催化剂回收光降解效果图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明。
[0020]—种Zna5Coa5Fe204/g-C3N4复合光催化剂的制备方法，按以下步骤进行:
(1)称取三聚氰胺固体并放坩祸中，盖上盖子，并将坩祸带盖子一起放入马弗炉中，程序升温反应得到g_C3N4纳米片；
(2)取步骤(1)中的g_C3N4纳米片样品研磨，称取g_C3N4纳米片超声分散于去离子水中，制成g_C3N4纳米片悬浊液；
(3)称取Fe(N03)3.9Η20固体、Ζη (Ν03)2.6Η20固体和Co (N03)2.6Η20固体加入到去离子水中溶解，与步骤(2)中悬浊液混合均匀，增加磁力搅拌转速，继续反应；再向其中缓慢加入L(+)酒石酸固体，缓慢加入完毕之后，继续搅拌使其充分反应；再向其中缓慢加入NaOH固体，增加磁力搅拌转速，继续搅拌使其充分反应，搅拌均匀；将混合液转移到反应釜中反应后得到固体产物，用去离子水和乙醇洗涤，真空干燥得到Zna5Coa5Fe204/g-C3N4复合光催化剂。
[0021]光催化性能评价:在光催化反应仪中进行，将上述方法制备的的ZnQ.5Coa5Fe204/g_C3N4复合光催化剂使用于水中的抗生素光催化降解，并对催化后的催化剂进行回收再利用。
[0022]实施例1:
(1)称取三聚氰胺固体10.0g并放50mL坩祸中，盖上盖子，并将坩祸带盖子一起放入马弗炉中，马弗炉程序升温反应条件为5°C.min 1速率程序升温至550°C，保持温度不变反应4h ;自然冷却得到g_C3N4纳米片；
(2)取步骤(1)中的g_C3N4纳米片样品研磨，称取g_C3N4纳米片1.84g，超声分散，20mL去离子水中，制成g_C3N4纳米片悬浊液；
(3)称取Fe(N03)3.9H20 固体 4.04g、Zn (N03)2.6H20 固体 0.74g 和 Co (N03)2.6H20 固体0.75g加入到40mL去离子水中溶解，与步骤(2)中悬浊液混合均匀，增加磁力搅拌转速，继续反应lOmin ;再向其中缓慢加入L(+)酒石酸固体1.92g，缓慢加入完毕之后，继续搅拌使其充分反应；再向其中缓慢加入NaOH固体4.4g，增加磁力搅拌转速，继续搅拌使其充分反应30min，搅拌均匀；将混合液转移到180°C反应釜中反应24h后得到固体产物，用去离子水和乙醇各洗三次，真空60°C干燥得到样品，研磨得到粉末状Zna 5Co0.5Fe204/g-C3N4复合光催化剂。
[0023]制得的样品的XRD图如图1所示，从图中可以看出Zn。.5Co0.5Fe