一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)光催化降解有機(jī)污染物的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)光催化降解有機(jī)污染物的方法，通過氫氧化銨和檸檬酸分步共同還原氯金酸的條件下，在羥基氧化鐵納米棒的CTAB溶液中沉積了金納米顆粒尺寸為1-3nm的金納米顆粒，金納米顆粒均勻分散在羥基氧化鐵納米棒表面，金納米顆粒在羥基氧化鐵納米棒的覆蓋率為30-60%，并將該雜化結(jié)構(gòu)用于有機(jī)污染物的光催化降解，相比于單一的羥基氧化鐵納米棒，羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)的光催化效率提高了100%。
【專利說明】一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)光催化降解有機(jī)污染物的方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于金屬-半導(dǎo)體納米材料光催化領(lǐng)域，特別涉及一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)光催化降解有機(jī)污染物的方法。
[0003]

【背景技術(shù)】
[0004]羥基氧化鐵的化學(xué)成分是FeOOH，是一類集吸附和光催化于一體的半導(dǎo)體材料。為了能夠更好的提高羥基氧化鐵的催化效果，現(xiàn)在很多的研究人員將目光對(duì)準(zhǔn)了羥基氧化鐵與其他納米材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)，如當(dāng)將羥基氧化鐵與二氧化鈦復(fù)合后，由于二者的導(dǎo)帶能及差異，從而能夠使得光生電子在界面間發(fā)生自發(fā)遷移，使得光生電子和空穴有效分離，從而能夠提高光催化劑的量子效率。除此之外，半導(dǎo)體與金屬材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)也在得到人們的關(guān)注，不過大多數(shù)的研究主要對(duì)象是硫化鎘或者硒化鎘納米材料和貴金屬之間的復(fù)合，通過構(gòu)建合適結(jié)構(gòu)的金屬半導(dǎo)體雜化結(jié)構(gòu)，就能夠?qū)崿F(xiàn)光生電子和空穴的分離，空穴留在半導(dǎo)體表面，而電子在儲(chǔ)存在金屬材料部分，這種復(fù)合結(jié)構(gòu)對(duì)于催化以及光能利用有重要影響。
[0005]但是對(duì)于羥基氧化鐵和金納米材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)，迄今仍未有許多研究，但是對(duì)于羥基氧化鐵而言，由于其容易形成梭狀結(jié)構(gòu)，而通過光的照射作用，所產(chǎn)生的電子和空穴能夠有最大距離的分開，如果再復(fù)合金屬納米顆粒，這種復(fù)合納米材料的催化性能將是非常值得期待。
[0006]對(duì)于這種有著應(yīng)用前景的復(fù)合納米材料，如何設(shè)計(jì)一種合適的雜化結(jié)構(gòu)并將其應(yīng)用到有機(jī)污染物光催化中是大家所關(guān)注的重點(diǎn)。
[0007]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問題，研制出一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)光催化降解有機(jī)污染物的方法，通過首先在完全水相的環(huán)境下，使用常見的化學(xué)試劑，在較為溫和的條件下，制備出在羥基氧化鐵上沉積有直徑為1-3納米金納米顆粒的金屬半導(dǎo)體復(fù)合材料，然后在碘鎢燈作為光源的條件下，光催化有機(jī)污染物。
[0009]—種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)光催化降解有機(jī)污染物的方法，其步驟如下:
a、輕基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)的制備:
步驟I):制備氯金酸，取Ig氯金酸固體溶于10ml水中，配制均一透明的溶液A，在該制備過程中，所有容器均先使用王水清洗，再使用去離子水沖洗兩次，以下步驟均同； 步驟2):配制氫氧化銨NH40H溶液，使用alfa公司所生產(chǎn)的質(zhì)量濃度為38%的氫氧化銨，稀釋10倍，配制得到溶液B;
步驟3):在室溫緩慢攪拌條件下，向50-100ml的A溶液中緩慢加入10_50mlB溶液，得到均一透明的溶液C ;
步驟4):使用水合氧化鐵(Fe5H08.4H20)納米粒子為前驅(qū)化合物，以CTAB作為表面活性劑，在反應(yīng)溫度為90°C、反應(yīng)液的pH值為6、老化時(shí)間為120小時(shí)的條件下，經(jīng)水解反應(yīng)制備了棒狀羥基氧化鐵a -FeOOH納米溶液D，其長度為50_100nm ；
步驟5):取羥基氧化鐵納米溶液濃度為0.0OlM的溶液D和溶液C混合，然后進(jìn)行加熱，將溫度升至60-100°C，并加入l_3ml檸檬酸鈉溶液，攪拌0.5-2小時(shí)，隨后冷卻至室溫，得到淡黃色溶液E ；
步驟6):將淡黃色溶液E進(jìn)行離心分離，去離子水和乙醇洗滌，即可獲得穩(wěn)定的水溶性的輕基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)，金納米顆粒的尺寸為l_3nm ；
金納米顆粒均勻分散在羥基氧化鐵納米棒表面，金納米顆粒在羥基氧化鐵納米棒的覆蓋率為30-60% ；
b、光催化有機(jī)污染物
取500ml濃度為50mg/L的有機(jī)污染物，再加入5-100mg羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)，在避光的條件下攪拌混合30min，使其混合均勻，光催化的光源為采用500W碘鎢燈，用直徑為3cm的濾光片濾去波長< 420nm的光，保證該光催化在可見光區(qū)激光條件下進(jìn)行，當(dāng)采用波長大于420nm的可見光進(jìn)行照射時(shí)，間隔一定反應(yīng)時(shí)間后，離心取上層清液5ml，測(cè)定其吸光度，計(jì)算有機(jī)污染物的去除率。
[0010]作為優(yōu)選，所述有機(jī)污染物為羅丹明B、活性艷藍(lán)X-BR、或者酸性桃紅SPB。
[0011]本發(fā)明的有益效果:
(I)本發(fā)明的將羥基氧化鐵納米棒和金納米顆粒通過簡單的方法結(jié)合起來，形成羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)，并將該雜化結(jié)構(gòu)用于有機(jī)污染物的光催化降解。
[0012](2)羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)的制備工藝可控，通過調(diào)節(jié)各工藝參數(shù)，也能相應(yīng)調(diào)節(jié)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和組成；
(3)本發(fā)明制備得到的羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)在羥基氧化鐵納米棒上沉積的金納米顆粒具有均一的形貌和超小的尺寸；最小的尺寸可小至lnm，該尺寸的復(fù)合納米材料將在光催化以及熱催化等諸多領(lǐng)域有重要應(yīng)用。
[0013](4)本發(fā)明制備的羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)光催化性能好，相比于單一的羥基氧化鐵納米棒，羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)的光催化效率提高7 10%ο

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]以下，結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方案，其中:
圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)TEM圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)HRTEM圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)的光催化羅丹明分解率圖，O曲線為空白樣品，I曲線為羥基氧化鐵納米棒樣品，2為羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)樣品。
[0015]

【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合具體的實(shí)施例，并參照數(shù)據(jù)進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例只是為了舉例說明本發(fā)明，而非以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
[0017]實(shí)施例1:
一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)光催化降解有機(jī)污染物的方法， a、輕基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)的制備:
步驟I):制備氯金酸，取Ig氯金酸固體溶于10ml水中，配制均一透明的溶液A，在該制備過程中，所有容器均先使用王水清洗，再使用去離子水沖洗兩次，以下步驟均同；
步驟2):配制氫氧化銨NH40H溶液，使用alfa公司所生產(chǎn)的質(zhì)量濃度為38%的氫氧化銨，稀釋10倍，配制得到溶液B;
步驟3):在室溫緩慢攪拌條件下，向50ml的A溶液中緩慢加入1mlB溶液，得到均一透明的溶液C ;
步驟4):使用水合氧化鐵(Fe5H08.4H20)納米粒子為前驅(qū)化合物，以CTAB作為表面活性劑，在反應(yīng)溫度為90°C、反應(yīng)液的pH值為6、老化時(shí)間為120小時(shí)的條件下，經(jīng)水解反應(yīng)制備了棒狀羥基氧化鐵a -FeOOH納米溶液D，其長度為70nm ；
步驟5):取羥基氧化鐵納米溶液濃度為0.0OlM的溶液D和溶液C混合，然后進(jìn)行加熱，將溫度升至80°C，并加入2ml檸檬酸鈉溶液，攪拌I小時(shí)，隨后冷卻至室溫，得到淡黃色溶液E ；
步驟6):將淡黃色溶液E進(jìn)行離心分離，去離子水和乙醇洗滌，即可獲得穩(wěn)定的水溶性的輕基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)，金納米顆粒的尺寸為1.5nm。
[0018]金納米顆粒均勻分散在羥基氧化鐵納米棒表面，金納米顆粒在羥基氧化鐵納米棒的覆蓋率為60%。
[0019]b、光催化有機(jī)污染物
取500ml濃度為50mg/L的有機(jī)污染物羅丹明B，再加入10mg羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)，在避光的條件下攪拌混合30min，使其混合均勻，光催化的光源為采用500W碘鎢燈，用直徑為3cm的濾光片濾去波長< 420nm的光，保證該光催化在可見光區(qū)激光條件下進(jìn)行，當(dāng)采用波長大于420nm的可見光進(jìn)行照射時(shí)，間隔一定反應(yīng)時(shí)間后，離心取上層清液5ml，測(cè)定其吸光度，計(jì)算有機(jī)污染物的去除率，詳見附圖3，在2小后，降解效率達(dá)到了 45%。相比于羥基氧化鐵納米棒的光催化效果，羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)光催化降解羅丹明的效果提高了 100%，并且在60min中光催化降解的效率在不斷的提高，而羥基氧化鐵納米棒的光催化降解的效率在30min后就趨于平穩(wěn)。
[0020]實(shí)施例2:
一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)光催化降解有機(jī)污染物的方法， a、輕基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)的制備:
步驟I):制備氯金酸，取Ig氯金酸固體溶于10ml水中，配制均一透明的溶液A，在該制備過程中，所有容器均先使用王水清洗，再使用去離子水沖洗兩次，以下步驟均同； 步驟2):配制氫氧化銨NH40H溶液，使用alfa公司所生產(chǎn)的質(zhì)量濃度為38%的氫氧化銨，稀釋10倍，配制得到溶液B;
步驟3):在室溫緩慢攪拌條件下，向50ml的A溶液中緩慢加入1mlB溶液，得到均一透明的溶液C ;
步驟4):使用水合氧化鐵(Fe5H08.4H20)納米粒子為前驅(qū)化合物，以CTAB作為表面活性劑，在反應(yīng)溫度為90°C、反應(yīng)液的pH值為6、老化時(shí)間為120小時(shí)的條件下，經(jīng)水解反應(yīng)制備了棒狀羥基氧化鐵a -FeOOH納米溶液D，其長度為70nm ；
步驟5):取羥基氧化鐵納米溶液濃度為0.0OlM的溶液D和溶液C混合，然后進(jìn)行加熱，將溫度升至80°C，并加入2ml檸檬酸鈉溶液，攪拌I小時(shí)，隨后冷卻至室溫，得到淡黃色溶液E ；
步驟6):將淡黃色溶液E進(jìn)行離心分離，去離子水和乙醇洗滌，即可獲得穩(wěn)定的水溶性的輕基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)，金納米顆粒的尺寸為1.5nm。
[0021]金納米顆粒均勻分散在羥基氧化鐵納米棒表面，金納米顆粒在羥基氧化鐵納米棒的覆蓋率為60%。
[0022]b、光催化有機(jī)污染物
取500ml濃度為50mg/L的有機(jī)污染物活性艷藍(lán)X-BR，再加入10mg羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)，在避光的條件下攪拌混合30min，使其混合均勻，光催化的光源為采用500W碘鎢燈，用直徑為3cm的濾光片濾去波長< 420nm的光，保證該光催化在可見光區(qū)激光條件下進(jìn)行，當(dāng)采用波長大于420nm的可見光進(jìn)行照射時(shí)，間隔一定反應(yīng)時(shí)間后，離心取上層清液5ml，測(cè)定其吸光度，計(jì)算有機(jī)污染物的去除率，在2小后，降解效率達(dá)到了58%。
[0023]實(shí)施例3:
一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)光催化降解有機(jī)污染物的方法，
a、輕基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)的制備:
步驟I):制備氯金酸，取Ig氯金酸固體溶于10ml水中，配制均一透明的溶液A，在該制備過程中，所有容器均先使用王水清洗，再使用去離子水沖洗兩次，以下步驟均同；
步驟2):配制氫氧化銨NH40H溶液，使用alfa公司所生產(chǎn)的質(zhì)量濃度為38%的氫氧化銨，稀釋10倍，配制得到溶液B;
步驟3):在室溫緩慢攪拌條件下，向50ml的A溶液中緩慢加入1mlB溶液，得到均一透明的溶液C ;
步驟4):使用水合氧化鐵(Fe5H08.4H20)納米粒子為前驅(qū)化合物，以CTAB作為表面活性劑，在反應(yīng)溫度為90°C、反應(yīng)液的pH值為6、老化時(shí)間為120小時(shí)的條件下，經(jīng)水解反應(yīng)制備了棒狀羥基氧化鐵a -FeOOH納米溶液D，其長度為70nm ；
步驟5):取羥基氧化鐵納米溶液濃度為0.0OlM的溶液D和溶液C混合，然后進(jìn)行加熱，將溫度升至80°C，并加入2ml檸檬酸鈉溶液，攪拌I小時(shí)，隨后冷卻至室溫，得到淡黃色溶液E ；
步驟6):將淡黃色溶液E進(jìn)行離心分離，去離子水和乙醇洗滌，即可獲得穩(wěn)定的水溶性的輕基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)，金納米顆粒的尺寸為1.5nm。
[0024]金納米顆粒均勻分散在羥基氧化鐵納米棒表面，金納米顆粒在羥基氧化鐵納米棒的覆蓋率為60%。
[0025]b、光催化有機(jī)污染物
取500ml濃度為50mg/L的有機(jī)污染物酸性桃紅SRB，再加入10mg羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)，在避光的條件下攪拌混合30min，使其混合均勻，光催化的光源為采用500W碘鎢燈，用直徑為3cm的濾光片濾去波長< 420nm的光，保證該光催化在可見光區(qū)激光條件下進(jìn)行，當(dāng)采用波長大于420nm的可見光進(jìn)行照射時(shí)，間隔一定反應(yīng)時(shí)間后，離心取上層清液5ml，測(cè)定器吸光度，計(jì)算有機(jī)污染物的去除率，在2小后，降解效率達(dá)到了42%。
[0026]對(duì)比例1:
一種羥基氧化鐵納米棒光催化降解有機(jī)污染物的方法，
a、羥基氧化鐵納米棒的制備:
使用水合氧化鐵(Fe5H08 -4H20)納米粒子為前驅(qū)化合物，以CTAB作為表面活性劑，在反應(yīng)溫度為90°C、反應(yīng)液的pH值為6、老化時(shí)間為120小時(shí)的條件下，經(jīng)水解反應(yīng)制備了棒狀羥基氧化鐵a -FeOOH納米溶液D，其長度為70nm ；
b、光催化有機(jī)污染物
取500ml濃度為50mg/L的有機(jī)污染物羅丹明B，再加入10mg羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)，在避光的條件下攪拌混合30min，使其混合均勻，光催化的光源為采用500W碘鎢燈，用直徑為3cm的濾光片濾去波長< 420nm的光，保證該光催化在可見光區(qū)激光條件下進(jìn)行，當(dāng)采用波長大于420nm的可見光進(jìn)行照射時(shí)，間隔一定反應(yīng)時(shí)間后，離心取上層清液5ml，測(cè)定器吸光度，計(jì)算有機(jī)污染物的去除率，詳見附圖3。
【權(quán)利要求】
1.一種羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)光催化降解有機(jī)污染物的方法，其特征在于: a、輕基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)的制備: 步驟I):制備氯金酸，取Ig氯金酸固體溶于10ml水中，配制均一透明的溶液A，在該制備過程中，所有容器均先使用王水清洗，再使用去離子水沖洗兩次，以下步驟均同； 步驟2):配制氫氧化銨NH40H溶液，使用alfa公司所生產(chǎn)的質(zhì)量濃度為38%的氫氧化銨，稀釋10倍，配制得到溶液B; 步驟3):在室溫緩慢攪拌條件下，向50-100ml的A溶液中緩慢加入10_50mlB溶液，得到均一透明的溶液C ; 步驟4):使用水合氧化鐵(Fe5H08.4H20)納米粒子為前驅(qū)化合物，以CTAB作為表面活性劑，在反應(yīng)溫度為90°C、反應(yīng)液的pH值為6、老化時(shí)間為120小時(shí)的條件下，經(jīng)水解反應(yīng)制備了棒狀羥基氧化鐵a -FeOOH納米溶液D，其長度為50_100nm ； 步驟5):取羥基氧化鐵納米溶液濃度為0.0OlM的溶液D和溶液C混合，然后進(jìn)行加熱，將溫度升至60-100°C，并加入l_3ml檸檬酸鈉溶液，攪拌0.5-2小時(shí)，隨后冷卻至室溫，得到淡黃色溶液E ； 步驟6):將淡黃色溶液E進(jìn)行離心分離，去離子水和乙醇洗滌，即可獲得穩(wěn)定的水溶性的輕基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)，金納米顆粒的尺寸為l_3nm ； 金納米顆粒均勻分散在羥基氧化鐵納米棒表面，金納米顆粒在羥基氧化鐵納米棒的覆蓋率為30-60% ； b、光催化有機(jī)污染物 取500ml濃度為50mg/L的有機(jī)污染物，再加入5-100mg羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)，在避光的條件下攪拌混合30min，使其混合均勻，光催化的光源為采用500W碘鎢燈，用直徑為3cm的濾光片濾去波長< 420nm的光，保證該光催化在可見光區(qū)激光條件下進(jìn)行，當(dāng)采用波長大于420nm的可見光進(jìn)行照射時(shí)，間隔一定反應(yīng)時(shí)間后，離心取上層清液5ml，測(cè)定其吸光度，計(jì)算有機(jī)污染物的去除率。
2.一種如權(quán)利要求1所述的羥基氧化鐵納米棒-金納米顆粒雜化結(jié)構(gòu)光催化降解有機(jī)污染物的方法，其特征在于所述有機(jī)污染物為羅丹明B、活性艷藍(lán)X-BR、或者酸性桃紅SPB。
【文檔編號(hào)】C02F101/30GK104148090SQ201410368634
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】黃曉明, 呂帥 申請(qǐng)人:蘇州鉉動(dòng)三維空間科技有限公司