技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復(fù)合氧化物催化劑材料的制備方法，特別是一種無定形鐵鋅復(fù)合氧化物催化劑材料的制備方法，屬于環(huán)境催化與水污染控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

多相芬頓反應(yīng)能夠產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的活性物種，可以去除水中的難降解有機(jī)污染物，并且催化劑可以回收利用，成為近年來國(guó)際上廣泛采用的一種新型高級(jí)氧化水處理技術(shù)。納米零價(jià)鐵、鐵的氧化物和負(fù)載型鐵氧化物是常用的多相芬頓催化劑，但是固體表面的Fe³⁺在pH較高時(shí)轉(zhuǎn)化為Fe²⁺的速度要遠(yuǎn)低于低pH時(shí)，因此這些催化劑在中高pH時(shí)催化活性較低，往往需要輔助紫外光照來加快反應(yīng)，這大大的增加了運(yùn)行成本。在太陽能中紫外光所占比例僅有4%-5%，而可見光可占45%，因此，研發(fā)具有可見光響應(yīng)活性的多相芬頓催化劑受到了越來越多的關(guān)注。Sánchez等研究發(fā)現(xiàn)二氧化鈦在室內(nèi)光源照射下催化芬頓降解亞甲基藍(lán)的活性比暗態(tài)時(shí)略有提高(Sánchez等，Applied Catalysis B: Environmental, 2013, 142–143: 662–667)。將可見光催化劑與多相芬頓催化劑復(fù)合是獲得具有可見光芬頓活性催化劑的一種有效方法。例如中國(guó)專利文獻(xiàn)（申請(qǐng)?zhí)?01510036208.3）報(bào)道了一種α-Fe₂O₃/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，該復(fù)合材料比表面積大，光芬頓活性明顯提高。由于鐵是芬頓反應(yīng)的活性組分，所以催化劑的開發(fā)更多的集中在含鐵的半導(dǎo)體材料上。例如ZnFe₂O₄可以在可見光照射條件下產(chǎn)生電子和空穴，光生電子可以還原Fe³⁺為Fe²⁺或直接和H₂O₂反應(yīng)生成，提高對(duì)水中酸性橙II的降解效率（Cai等，Applied Catalysis B: Environmental, 2016, 182: 456–468；Su等，Journal of Hazardous Materials, 2012, 211–212: 95–103）。然而目前所研究的可見光芬頓催化劑的目標(biāo)污染物多為有機(jī)染料，而有機(jī)污染物的結(jié)構(gòu)是影響催化劑性能的一個(gè)重要因素，有機(jī)染料的降解往往與其自身光敏化有關(guān)，無法準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)催化劑的活性。此外所研究的催化劑均為具有良好晶型的可見光催化劑，無定形材料由于其自身電子空穴復(fù)合效率高，關(guān)于其在可見光芬頓領(lǐng)域的研究未見報(bào)道。為此，研究無定形材料對(duì)水體中有機(jī)污染物的可見光芬頓催化降解有著重要意義，更進(jìn)一步的，尋找一種可見光芬頓催化劑的制備方法，對(duì)實(shí)現(xiàn)將水中多種有機(jī)污染物的高效去除，其意義也就顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種無定形鐵鋅復(fù)合氧化物光芬頓催化劑的制備方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的。一種無定形鐵鋅復(fù)合氧化物光芬頓催化劑的制備方法，包括以下步驟：

（1）在室溫條件下，向硝酸鐵、硝酸鋅和葡萄糖的混合溶液中滴加氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)pH大于10,在水熱釜中控溫100-130℃，加熱12-24小時(shí)；

（2）反應(yīng)液經(jīng)抽濾洗滌，將濾餅60℃干燥，得到無定形鐵鋅復(fù)合氧化物。

本發(fā)明中，硝酸鐵、硝酸鋅和葡萄糖最適宜的摩爾比為2:1:（8-16）。

本發(fā)明還給出了該無定形鐵鋅復(fù)合氧化物的應(yīng)用。具體就是該無定形鐵鋅復(fù)合氧化物作為光芬頓催化劑，在可見光中去除水中有機(jī)污染物中的應(yīng)用。以羅丹明B、亞甲基藍(lán)、安替比林和苯酚為目標(biāo)污染物來評(píng)價(jià)該無定形鐵鋅復(fù)合氧化物的催化活性。反應(yīng)溫度為室溫，光源是裝有λ ≥420 nm濾光片的300 W氙燈，水溶液pH=4.5-7.5，過氧化氫濃度為10 mmol/L，催化劑的投加量為0.5 g/L。

本發(fā)明取得的有益效果如下：本發(fā)明的制備方法無環(huán)境污染，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉。所制備的無定形鐵鋅復(fù)合氧化物對(duì)羅丹明B、亞甲基藍(lán)、安替比林和苯酚均表現(xiàn)出較好的可見光芬頓活性，并且催化劑適宜pH范圍較寬，pH=4.5-7.5時(shí)可見光照均能明顯提高催化芬頓降解污染物效率，對(duì)處理酸性和中性有機(jī)廢水非常有利。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1制備的無定形鐵鋅復(fù)合氧化物對(duì)羅丹明B的催化活性測(cè)試數(shù)據(jù)圖。

圖2是實(shí)施例1制備的無定形鐵鋅復(fù)合氧化物在不同pH下對(duì)羅丹明B的可見光芬頓催化活性圖。

圖3是實(shí)施例1制備的無定形鐵鋅復(fù)合氧化物對(duì)亞甲基藍(lán)、安替比林和苯酚的催化活性測(cè)試數(shù)據(jù)圖。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明。

實(shí)施例1

(1)在室溫條件下，向硝酸鐵、硝酸鋅和葡萄糖的混合溶液中滴加氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)pH大于10, 硝酸鐵、硝酸鋅和葡萄糖的摩爾比為2:1:12，在水熱釜中120℃加熱12小時(shí)；

（2）抽濾洗滌，濾餅60℃干燥，得到無定形鐵鋅復(fù)合氧化物。

將所得樣品用XRD（X射線衍射）測(cè)定其晶型，沒有觀察到任何衍射峰的存在，說明該材料為無定形結(jié)構(gòu)。EDS（掃描電鏡能譜）和XPS（X射線光電子能譜）分析結(jié)果表明，材料體相和表面的鐵鋅原子比分別為3:1和1.65:1，表面鐵以二價(jià)鐵為主，二價(jià)鐵與三價(jià)鐵的原子比為2.1:1。

（3）催化劑活性評(píng)價(jià)

將得到的無定形鐵鋅復(fù)合氧化物用于按前述實(shí)驗(yàn)方法和條件比較了不同反應(yīng)體系中羅丹明B的降解情況，結(jié)果見附圖1?？梢姽?H₂O₂和催化劑/可見光體系中羅丹明B的降解率僅有10.5%和16.8%，催化劑/H₂O₂體系中降解率略有提高，達(dá)到36.6%。而在催化劑、可見光和H₂O₂同時(shí)存在時(shí)，降解率顯著提高，達(dá)到了95.2%。

圖2比較了不同pH時(shí)無定形鐵鋅復(fù)合氧化物催化劑的可見光芬頓活性，隨著pH值的降低，羅丹明B的降解速率明顯加快，pH4.5時(shí)30分鐘的降解率就達(dá)到93.6%，說明該催化劑在中性和酸性條件下均有良好的催化活性。

圖3比較了無定形鐵鋅復(fù)合氧化物催化劑作為光芬頓催化劑，對(duì)不同有機(jī)污染物的可見光芬頓和暗態(tài)芬頓活性，在暗態(tài)條件下亞甲基藍(lán)、安替比林和苯酚的降解率僅為34.5%、7.6%和31.2%，而在可見光照條件下降解率顯著提升到96.2%、84.1%和99%，說明該催化劑對(duì)水中不同的有機(jī)污染物均有良好的可見光芬頓活性。