ZnO核壳结构复合物的方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种制备核壳结构复合物的方法及应用。
【背景技术】
[0002]随着工业化和社会的飞速发展，环境问题已成为当今人类社会面临的重大问题之一，其中有机染料引发的水土污染已严重影响了人们的健康和生存。目前常采用物化法和生物法来解决有机染料引起的环境问题，但这些方法通常会对环境带来二次污染。而光催化降解可有效地将有机染料完全分解为h20和C02等无机物，因而在污水处理领域有广阔的应用前景。当前用作光催化的材料主要有Ti02，CdS，ZnO和胃03等η型半导体化合物。
[0003]ZnO是一种新型的宽禁带直带隙η型半导体材料，其室温禁带宽度为3.37eV，并且具有较强的自由激子跃迀发光特性，因此在抗菌、压敏、气敏、光学和催化等领域得到广泛应用。其作为光催化剂具有活性高、价格低廉、环保等特点，在污水处理方面备受青睐，但是ZnO参与光催化反应时悬浮于体系中，很难回收，易造成资源浪费，应用于废水处理后不易回收。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是要解决现有ZnO用于废水处理后，不易回收，处理废水成本高的问题，而提供一种基于异相成核法制备蒲公英状Fe304@Zn0核壳结构复合物的方法和应用。
[0005]—种基于异相成核法制备蒲公英状Fe304@Zn0核壳结构复合物的方法是按以下步骤完成的:
[0006]一、制备Fe304纳米粒子:
[0007]将FeCl3.6H20和无水乙酸钠溶于乙二醇中，再在搅拌速度为300r/min?400r/min下搅拌反应20min?40min，得到混合液A ;将混合液A加入到聚四氟乙稀反应爸中，再在温度为200°C下反应6h?9h，再自然冷却至室温，得到反应物I ;使用无水乙醇对反应物I清洗3次?5次，再在温度为60V?70°C下真空干燥10h?12h，得到Fe304纳米粒子；
[0008]步骤一中所述的FeCl3.6H20的质量与乙二醇的体积比为(2g?3g): 100mL ；
[0009]步骤一中所述的无水乙酸钠的质量与乙二醇的体积比为(7g?8g): 100mL ；
[0010]二、制备ZnO晶种:
[0011]将Fe304纳米粒子和无水乙酸钠加入到无水乙醇中，再在超声功率为60W?80W下超声分散20min?30min，再在温度为25 °C?35 °C和搅拌速度为300r/min?400r/min下搅拌20min?40min，再加入氢氧化钾乙醇溶液，再在温度为60°C?70°C和搅拌速度为300r/min?400/min下搅拌反应2h?3h，得到反应物II ;使用去离子水对反应物II清洗3次?5次，得到表面带有ZnO晶种的Fe304纳米粒子；
[0012]步骤二中所述的Fe304纳米粒子的质量与无水乙醇的体积比为(2mg?10mg):125mL ；
[0013]步骤二中所述的无水乙酸钠的质量与无水乙醇的体积比为(0.2g?lg): 125mL ；
[0014]步骤二中所述的无水乙醇与氢氧化钾乙醇溶液的体积比为125: (60?70);
[0015]步骤二中所述的氢氧化钾乙醇溶液的制备方法为:氢氧化钾溶解到无水乙醇中，得到氢氧化钾乙醇溶液；所述的氢氧化钾乙醇溶液中氢氧化钾的质量与无水乙醇的体积比为(0.lg ?0.5g): 65mL ；
[0016]三、ZnO纳米棒晶体生长:
[0017]将表面带有ZnO晶种的Fe304纳米粒子分散到去离子水中，再加入六亚甲基四胺和六水硝酸钠，再在温度为90°C?100°C下反应2h?3h，再自然冷却至室温，得到反应物III ;使用去离子水对反应物III清洗3次?5次，得到蒲公英状Fe304@Zn0核壳结构复合物；
[0018]步骤三中所述的表面带有ZnO晶种的Fe304纳米粒子的质量去离子水的体积比为(2mgl ?3mg): 30mL ；
[0019]步骤三中所述的六亚甲基四胺与六水硝酸钠的摩尔比为1:1 ;
[0020]步骤三中所述的六亚甲基四胺的物质的量与去离子水的体积比为(12.5mmol?50mmol):30mLo
[0021]蒲公英状Fe304@Zn0核壳结构复合用于光催化降解有机污染物。
[0022]本发明的原理及优点:
[0023]—、本发明将Fe304纳米粒子与ZnO复合，不仅能保留ZnO的光催化特性，还使制备的蒲公英状Fe304@Zn0核壳结构复合物具有磁分离的功能，将其用于处理废水时提高了蒲公英状Fe304@Zn0核壳结构复合物的回收率，从而降低废水处理的成本；
[0024]二、本发明操作简单，容易控制，成本低，无毒，制备的蒲公英状Fe304@Zn0核壳结构复合物形貌均一，具有超顺磁性，产物提取方便，可重复性好，具有重要的显示意义；
[0025]三、Fe304作为一种超顺磁性纳米材料，在溶液中化学性质稳定，能在磁场的作用下从溶液中很快分离出来。因此，本发明将催化剂ZnO与磁性纳米Fe304复合可以在磁场的作用下使催化剂得到有效回收，既保持了催化剂优良的催化性能，又延长了催化剂的循环使用寿命；
[0026]四、使用0.2g本发明制备的蒲公英状Fe304@Zn0核壳结构复合物在365nm紫外光下降解罗丹明B浓度为5mg L 1的罗丹明B水溶液150min后罗丹明B可被降解92%以上。
[0027]本发明可获得一种蒲公英状Fe304@Zn0核壳结构复合物。
【附图说明】
[0028]图1为实施例一步骤一制备的Fe304纳米粒子的SEM图；
[0029]图2为实施例一制备的蒲公英状Fe304@Zn0核壳结构复合物的SEM图；
[0030]图3为使用磁铁对实施例一制备的蒲公英状Fe304@Zn0核壳结构复合物吸附前的数码照片图；
[0031]图4为使用磁铁对实施例一制备的蒲公英状Fe304@Zn0核壳结构复合物吸附后的数码照片图；
[0032]图5为实施例二制备的蒲公英状Fe304@Zn0核壳结构复合物的SEM图；
[0033]图6为XRD曲线，图6中1为ZnO的XRD曲线，2为Fe304的XRD曲线，3为实施例一制备的蒲公英状Fe304@Zn0核壳结构复合物的XRD曲线，“■”为ZnO，“籲”为Fe304;
[0034]图7为使用0.2g蒲公英状Fe304@Zn0核壳结构复合物在365nm紫外光下降解罗丹明B浓度为5mg L 1罗丹明B水溶液的降解曲线。
【具体实施方式】
[0035]【具体实施方式】一:本实施方式是一种基于异相成核法制备蒲公英状Fe304@Zn0核壳结构复合物的方法是按以下步骤完成的:
[0036]一、制备Fe304纳米粒子:
[0037]将FeCl3.6H20和无水乙酸钠溶于乙二醇中，再在搅拌速度为300r/min?400r/min下搅拌反应20min?40min，得到混合液A ;将混合液A加入到聚四氟乙稀反应爸中，再在温度为200°C下反应6h?9h，再自然冷却至室温，得到反应物I ;使用无水乙醇对反应物I清洗3次?5次，再在温度为60V?70°C下真空干燥10h?12h，得到Fe304纳米粒子；
[0038]步骤一中所述的FeCl3.6H20的质量与乙二醇的体积比为(2g?3g): lOOmL ；
[0039]步骤一中所述的无水乙酸钠的质量与乙二醇的体积比为(7g?8g): lOOmL ；
[0040]二、制备ZnO晶种:
[0041]将Fe304纳米粒子和无水乙酸钠加入到无水乙醇中，再在超声功率为60W?80W下超声分散20min?30min，再在温度为25 °C?35 °C和搅拌速度为300r/min?400r/min下搅拌20min?40min，再加入氢氧化钾乙醇溶液，再在温度为60°C?70°C和搅拌速度为300r/min?400/min下搅拌反应2h?3h，得到反应物II ;使用去离子水对反应物II清洗3次?5次，得到表面带有ZnO晶种的Fe304纳米粒子；
[0042]步骤二中所述的Fe304纳米粒子的质量与无水乙醇的体积比为(2mg?10mg):125mL ；