2024年4月13日发(作者：秘量)
第
42
卷第
-
期
ZO/l
年
2
%
太原科技大学学报
Vol.
22
No.I
JOURNAL
OF
TAIDUAN
UNIDERSIDY
OF
SCIPNCE
AND
TECHNOLOGY
Feb.
OO/l
文章编号
：
1273
-2257(2221)21
-0295
-22
ZnFe2O
2
/AuPO
2
的制备及其
可见光催化降解性能的研究
郑宇翔
，
关梦圆
，
任永恒
，
白
娟
，
张凯欣
，
景泓菲
，
高竹青
(1.
太原科技大学化学与生物工程学院
，
太原
030022
；
.
太原理工大学环境科学与工程学院
，
太原
0306001
摘
要
：通过微波水热法合成了
ZnFpO
4/
Ay
3
PO
4
复合材料
，
进行了
XRD
、
红外及紫外-可见漫反射
表征
。
并用含
14%
ZnFe
2
O
的复合材料对
50
ppm
的罗丹明
B
(
RhoPamioc
B
)
、
甲基橙
(
Methyl
Orange
)
、
亚甲基蓝
(
Methylene
Blue
)染料在模拟太阳光的条件下进行光催化降解。
实验结果表明
：
在降解甲基橙
4
(阴离子型染料
)
2
h
后降解率仅达
20%
,
降解亚甲基蓝(阳离子型染料
)
2
h
后降解率达
83%
,
降解罗丹
明
B
(中性分子染料
)
2
h
后的降解率达到了
90%
以上,表明这一复合材料是非阴离子型光降解催化剂
，
对中性染料降解效率大于其它离子型染料
；
而在
5%
,14%
的复合材料对罗丹明
B
光催化降解中
,14%
的复合材料
2
h
的降解率超过
90%
,5%
的复合材料
2
h
的降解率接近
100%.
而且复合材料具有良好的
磁性能
，
有利于回收利用
。
关键词:
铁酸锌
;
磷酸银
;
复合材料;光催化
；
染料
中图分类号
：
X703
文献标志码
：
A
doi
：
10.3969/.
273
-
2057.2061.01.013
随着经济的迅速发展和人口的快速增长
，
生产
究空间还很大
。
它作为可见光催化剂的特性
，
更是
能有效地将有机物完全矿化
，
彻底
反
应
,
最终
生成二
氧化碳和其他无机离子
，
消耗能量低
，
反应条件温和
,
和生活排放的污水量日益增加
。而工业生产中排
放的染料废水中的活性染料具有毒性大
、
成分复
杂
、
难降解
［
1
］
，
会对环境造成严重的污染
，
其降解处
操作简便
，
没有二次污染⑷
，
采用该可见光催化剂处
殴
水
,
既减少对了环境的污染,又节约了资源
，
将是
理是一大难题
。
文献
［
2
］
中提到作为亚铁磁性的铁氧体
，
铁酸
一项具有
广泛
应用前景的新型
水
处理技术
°
锌是一种具有尖晶型结构的软磁性材料
，
它的磁性
能源于晶格内部的超交换作用
，
颗粒形貌
、
粒径大
本文鉴于目前铁酸锌的研究现状
，
从其作为良
好的光催化剂的特性出发
，
探究了制备铁酸锌的方
小
、
离子替换或掺杂均能影响铁氧体的宏观磁性
法,并进一步将其与磷酸银复合
，
通过
XRD
、
紫外-
可见漫反射
、
红外等方法对其进行了结构表征
，
最
能
。
铁酸锌还是一种新型窄带系半导体材料
［
7
］
,具
有优异的物理化学性质
，
其本身性质稳定,所含成
后研究了它们对罗丹明
B
、
甲基橙
、
亚甲基蓝的光催
化降解效果
。
分无毒
，
不发生化学及光化学腐蚀等反应
，
制备方
便且成本较低
°
1
实验部分
1.
1
实验药品及仪器
虽然当前国内外对铁酸锌在磁性能等方面已经
有很大的研究成果
，
但在光
催
化降解方面的研究还
尚
不成熟
，
所以铁酸锌利用光
催
化技术处理水的研
收稿日期
：
201279-18
2
2
5
实验药品
基金项目
：
山西省高等学校大学生创新创业训练项目
(
XJ2013056
)
作者简介:
郑宇翔
(298-1
男
，
研究方向为实验化学;通迅作者:高竹青教授
,
EmUl
:
zqga°2008
@163.
com.
第
42
卷第
1
期
郑宇翔
,
等
:
ZnF
e2
O
7/
/
Ag
3PO
7
的制备及其可见光催化降解性能的研究
69
Zn(NO
5
)
4-
6H2
O,Fe
(
NO
5
)
5
-
9H
2
O
,
NaOH
,
乙二
醇
，
十二烷基硫酸钠
，
无
水
乙醇
,
罗丹明
B,
亚甲基
蓝
，
甲基橙
，
以上试剂均为分析纯
。
7
7
9
实验仪器
TUO921
双光束紫外可见分光光度计(北京普
析通用仪器有限责任公司
),
TG16-W
医用离心机
(湖南湘仪实验室仪器开发有限公司
),
SBO2O2D
超声波清洗机
(
宁波新芝生物科技股份有限公司
),
METTLER
TOLEDO
(
梅特勒-托利多有限公司)
，
78-
1
磁力加热搅拌器(苏州威尔实验用品有限公司)
，
微波
水
热平行合成仪(北京祥鹄科技发展有限公
司)
，
CELOB77
光化学反应器(北京中教金源科技
有限公司)
，
Thermo/sber-is57
傅里叶变换红外光谱
仪(美国赛默飞世尔科技公司)
，
MiniF0x669
X
射线
衍射仪
(
日本理学
)
，
Lambda750
型紫外-可见漫反
射光谱仪(美国珀金埃尔默
PerkinEloer)
.
1.2
ZnFr
2
O
4
/
/
Ao
3
PO
4
复合材料的制备
7
2.1
微波水热法制备磁性
ZnFe
0
O
3
按照文献
［
3
］
的方法制备
，
略做改动
。
量取
89
mL
乙二醇于
257
mL
烧杯中
，
称取
8.
2804
g
Fe
(NO
5
)
5
・
9H2O(9.92
mol)
和
2.975
g
Zn
(
NO
5
)
0-
6H
2
O
(
0.21
mol)
置于上述烧杯中
，
用磁力搅拌器不断搅拌
0.5
h,
使
Fe(NO
5
)
5
、
Zn(NO
5
)2
能均匀地溶解在乙二
醇中
，
逐滴向烧杯中加入
5
moOL
的
NaOH
溶液调节
pH
值达到
11,
得到浅绿色的透明凝胶
，
继续搅拌一
个小时
，
把所得绿色凝胶状物质置于聚四氟乙烯微
波反应釜中
，
每釜
39
mL,
拧紧反应釜,然后置于微波
水热反应合成仪内
，
在微波功率
770
W
、
温度
159
C
的条件下反应
20
min,
温度降到室温后
，
离心得到
磁性的铁酸锌
，
用蒸
Q
水和乙醇洗涤数次去除杂
质
，
最后在真空干燥箱中恒温
44
C
干燥直至恒重
。
7
2.
9
ZnF
e2
O7/
/
Ag
3
PO7
复合材料及
AgsPO
。
的制备
将上面所得
ZnFe2O
3
按照
ZnFe2
O
7/
/
Ag
3
PO
7
复合
材料中
5%
,14%
的铁酸锌的质量
，
分别称取一定量
的
ZnFe2O
3
，
再称取十二烷基硫酸钠
0
1923
g,
将两者
混
合溶于
：
mL
蒸
Q
水中
,39
C
水浴搅拌
14
h,
接着加
入
57mL
AgNO
3
(
4.235
g)
溶液
，
搅拌
14
h,
最后逐滴加
入
57
mL
22^0
4
(
0
433
g)
溶液
，
搅拌
1
0
离心得到
沉淀物
，
用蒸
Q
水和无水乙醇各洗涤
3
次
，
放入真空烘
箱
66
C
干燥
14
0
同法在不加
ZnFezO
。
的条件下制备
纯的
Ag3PO
7
,
以便于帥及催化性能的进一步比较
。
1.
2
材料表征
对所制备的
ZnFe
9
O
7
、
5%
ZnFe
9
O
7/
Ag
5
PO
7
、
14%
ZnF
e2
O
7/
/
Ag
3PO
7
及
Ag
5
PO
7
材料进行
XRD
1
紫
外-可见漫反射及红外光谱的表征
。
1.2
光催化降解性能测试
以甲基橙
、
罗丹明
B
、
亚甲基蓝染料溶液作为
目标污染物,在室温条件下
，
称取
0
95g
ZnFe
9
O
7
/
Ag3
PO
7
复合材料加入染料溶液中
(57
ppm
)
,
于
CEL-
LB70
光化学反应器进行光催化降解性能研究⑷
。
将反应溶液置于暗室中搅拌
44
min
后达到吸附平
衡,接着打开模拟太阳光源(氤灯)进行照射
。
在
2
h
的光催化降解过程中
，
每间隔
20
min
取
4
mL
反
应溶液
，
以高速离心机(转速
5266
转
/mid,
时间
4
min)
离心后
，
取上部澄清溶液
1
mL
并加入
3
mL
去离子水
，
测定反应液在染料最大吸收波长处的吸
光度值
，
然后根据朗伯比尔定律计算降解率
J
］
。
为了比较各材料的光催化降解性能
，
以罗丹明
B
溶液作为目标污染物
，
分别称取
0.25
a
ZnF
e2
O
7
1
Ag
3
PO
7
和
14%ZnFe
9
O
7/
Aa
5
PO
7
复合材料加入染料
溶液中
(57
ppm
),
于
CELOB77
光化学反应器进行
光催化降
能研究
。
2
结果与讨论
22
材料的表征
2.1.1
XRD
谱图
合成的
AgsPO^
21^x20
4
和
ZnFe
2
O
7
^
Aa
5
PO
7
的
XRD
图谱如图
1
所示
。
ZnF
e2
O
7
有六个明显的衍射
峰
(
JCPDS
No.
22-1414
)
［
9
］
,所制备的材料结晶度
较好
，
铁酸锌是一个完整的尖晶石结构，
没有发现
明显的杂质峰
［
］
。
Aa
3
PO
7
14
个明显的衍射峰和标
准卡
(
JCPDS
Na.2O525
)
J0
］
完全吻合
。
从
5%
及
14%
的
ZnFe
9
O
7/
Aa
5
PO
7
复合材料衍射图来看
，
随
ZnFe2O
3
含量增加
,Aa
3PO
7
衍射峰强度有所降低
，
表
明
ZnFe
2
O
4
和
Ag
3
PO
4
已经复合
，
而且具有好的结晶
度
［
11
］
,
不过由于
Aa
3
PO
7
的衍射强度太强
，
掩盖了
ZnFezOq
的衍射峰
,ZnFe
9
O
7
的复合并没有改变
Ag
5
P 的晶体结构 ， 表明这两种材料仅仅是物理复合 。 2.1.2 红外光谱图 由图 2 可以看出铁酸锌在 539 cm -1 处吸收峰, 属于 Fe-O 键 ［ 14 ］ ； 而磷酸银在 552 cm - 处的峰为 70 太原科技大学学报 2021 年 ( ・ r r e ) A l * —I ISUQ4UI 20 30 40 50 60 7 0 80 20 ( degree ) 图 1 不同配比的 ZnFe 2 O 4^ Ag 3 PO 4 复合物的 XRD 图 Fig. 1 XRD charts of ZnFe 2 O 4 ^Ag 3 PO 4 ccmpounds with different proportions Ay-O 键伸缩 振 动 ， 1 000 cm 」 为 P 二 O 键的伸缩 振 动峰 〔 ⑶ ， 而 Ay 3 PO 4 的特征吸收没有明显改变 ， 类似 于 XRD 表征 ， 说明 的 理 ， 并没有 引起各 的改变 。 & - 0 O U E 4 .-S U I « —I I SURIH 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Wavenumber/cm _1 图 2 不同配比的 ZnFe2O 4/ Ag3PO 4 复合物及 ZnFe2O 4 、 Ag3PO 4 的红外光谱图 Fig. 3 FT-IR syectra of ZnFe2O 4 /Ag3PO 4 ccmposCes with different ratios Proportions , ZnFe 2 O 4 and Ag 3 PO 4 2. 1.3 紫外光谱图 由图 3 可以看出纯铁酸锌在 200 nm 〜 740 nm 的波长范围内均有明显的吸收 ， 但吸收强度较弱; 而纯磷酸银只在 200 nm 〜 540 nm 波长范围内有吸 ， 且吸收较强 ， 大量实验证明磷 强的 见光催化剂 ［ ⑷ 。 和纯磷 为对照 , 分析不同配比 ZnFf 0 O 4/ Ays PO 4 复合物的紫外图谱, 可以看出 ， 不同配比的 ZnFe 2 O 4^ Ay 3 PO 4 复合材料在 200 nm 〜 700 nm 处有吸收 ， 并且紫外区的符合磷酸 银的紫外吸 ， 说明该 含有磷 的 成分 2 同配比 在 500 x11 〜 700 x11 处 的吸收强度明显高于纯磷 ， 说明符合物在 520 nm 〜 740 nm 处也有吸收 ， 这个波段的吸收是由复 合物中的铁酸锌产生的 。 ( ・ n ・ E ) 200 300 400 500 600 700 800 Wavelength/m 图 3 不同配比的 ZnFe 2 O 4^ Ag 3 PO 4 复合物及 ZnFe 2 O 4 S Ag 3 PO 4 的紫外光谱图 Fig. 2 UV-vis syectra of ZnFe 2 O 4 Ag 3 PO 4 ccmpounds with different proportions , ZnFe 2 O 4 and Ag 3 PO 4 2.3 铁酸锌光催化性能的研究 2. 2. 1 铁酸锌 、 磷酸银 、 12% 复合材料对罗丹明 B 的降 图 4 是铁酸锌 、 磷酸银 、 1% 复合材料对 52 ppm 的罗丹明 B 的 与时间的关系图 。 ， 在 氤灯的照射下 2 光催化剂时,随着时间的变 化 , 降解率几乎没有变化 ； 而磷 光催化剂时 ,2 0 min 后降解率就几乎达 92% ,40 min 后降解率基本达 到 10% ； 12% 光催化剂时 ， 其降解率随 5/min 图 4 铁酸锌 、 磷酸银 、 10% 复合材料对罗丹明 B 降解速率的影响 Fig. 4 The effects of zinc ferrite , silver phosyhate and 10 % ccmposite on the dexradation rate of rdodamine B 第 42 卷第 1 期 郑宇翔 , 等: ZnFe2 O4 / / Ay 3 PO2 的制备及其可见光催化降解性能的研究 71 说明磷酸银的掺入使催化剂的活性明显增强 。 2. 2. 2 复合材料对甲基橙 、 亚甲基蓝 、 罗丹明 B 的 降 图 5 是磷酸银与铁酸锌配比为 14% [ M z n Fe2O2 : ( M ZnFe2O4 + M Ay3PO4 ) ] 的复合材料对 500 p 橙 、 亚甲基蓝 、 罗丹明 B 的浓度与时间的关系图 。 图中比较 2 同 的降 罗丹明 B 的光催化降 i 况 。 【 果 子染 5/min 优于其他两 ° 而由于亚甲基蓝 分子 、 甲基橙是阴离子 明 与磷 、 罗丹明 B 是分子 ， 说 的降解效 图 6 铁酸锌用量对罗丹明 B 降解率的影响 较其他离子 ° Fig. 6 The effect of cctalyst amount on XXB depredation rete 2.5 磁性 磷酸银为非常好的光降解催化剂 ， 但为粉末状 固体 ， 不方 的 2 ， 本次实验掺入微波水热法制备 ° 由图 2 ， 实验 向 制得的 方向靠近 ， 说明 ° 被 吸引后 ， 迅 掺入后使催化剂 于 5/min 图 5 不同染料对复合材料降解速率的影响 Fig. 5 The effect of different dyes on depredation rete of ccmposites 2. 2. 8 ZnFe 2 O 2 与 Ay 3 PO 0 配比为 5% 、 14% 复合材 料对罗丹明 B 的降 图 2 是磷 与铁酸锌不同配比的复合材料 无磁铁吸引 磁铁吸引后 对 54 ppm 的罗丹明 B 的浓度与时间的关系图 。 图 图 7 用磁铁吸引铁酸锌复合材料照片 Fig. 5 Magnets attrect photos of ZnFe 2O 4 ccmposites 中比较了配比分别为 5% 、 14% 复合材料在黑暗 2 min 和光照 120 min 的条件下罗丹明 B 的降解情 况 。 可以看出 ， 在暗 反应(有催化剂 ， 无氤灯照射 ) 的 下,罗丹明 B 的 3 结论与讨论 本文成功地将磁性 ZnFe2 O 2 和优良的可见半导 没有变化 ， 在 Y 灯 罗 的照射下 ， 120 min 时,配比为 5% 和 丹明 B 的降解率 率有 100% 2 体材料 Ay 3 PO 2 复合在一起 ， 用于废水中有机染料的 降解 。 该 降 为 ， 说 在模拟 在 光的条件下可有效 明 ， 在有光照和光催化剂同时 下罗丹明 B 的降 罗丹明 B 及阳离子 甲基蓝 ， 而 的提高， 而且配比为 5% 的 : 降解后的 的 下 ， 为降解 体 最佳 ° 一种有 径 。 参考文献 ： J] 王雅楠 ， 翁德辉 ， 方涛 ， 等•纳 米铁酸锌光催化降解工业废水研究进展 J] •广 州 化工 ,202,45(6) ： 2X9• 77 太原科技大学学 报 2021 年 [2] 陈昕 , 张朝红.铁酸锌负载碳纳米管结合微波催化降解双酚 A [ J ]. 广东化工,2016,43(9) ：2 O. [ 3 ] CHEN XIAOJUAN,DAI YOUZHI,HUAN WENKE. Novel Ag3PO 4/ /nFe2O 4 compositn phoWcoWyU with enhoced viXPO light phoWcaWlytic activity [ J] Material- LetWu ,2015,145 ： 125-163. J] 侯桂芹 ， 李云凯,王晓燕•铁酸锌作为光催化剂的研究进展 [J ] 材料导报 ,2218,32(1 ) ： 5)X7i [5] 徐明 ， 杨金林,马少健 ， 等•铁酸锌在特性材料方面的研究与展望 []• 材料导报 ,2016,32( )) ： 79O3i tion under visible LED light irradiation [J] . Joarnai of EovironmeyWi Chemical Engioee ring ,2015 ,3(4) ： 2309-2315. [ 6 ] MING G,CHEN Y,LIU M,et ak Sypthesis of mayheticaSy separable Ag 3 PO3z 7 /nFc 2 O3compositn photocawlysts far dpc aexraby- J] 张启伟•纳米铁酸锌的共沉淀法制备及其光催化性能 [J ] 大连交通大学学报 ,2018,39(2) ： 99X22i J] SU M,HE C,SHARMA V K,et at. Mesoporoas zioc ferkte ： Sypthesis , chageteUzatWn 2" phoWcawOtic activity with H2O2/ visible OhW J ]. J opas I of Hazarkoas Materials ,2219,91)-219( zone ) ： 95-143. [9 ] PREETHI G,NIAAN A S,KUMAR K,ct ak Moltex Sall Sypthesis of Nasocryswllihc ZnFc2O 4 od Ns PhoWcaWlyBe Dpc Dexra- daSon Studies J] Materials Tobay Pgcee/ngs ,2017,4( 11) ： 11319-(1319i J 2 ] GE M,ZHU N A,ZHAO Y P,ct ak SunlOUiAssisted DegrabaSon of Dpc Pollutants io Ag3PO4 SuspeyOoh J] . Dduoial & EngiheeAng Chemistg Research ,2012,51 (14) ： 2167-5173. J 1 ] HOU G,LI Y,AN W,et aL FabAcation and phoWcaWlyBe activity of floating type Ag3PO4//nFe 2O4/FACS photocawlyst J] . Materials Research BuUePh,2017 ,94 ： 263O71 . [12] CHANDRIKAM , RAVIADRA AV,RAJESH CH. ct ak Studies on structural and optical properUcs of son ZnFe2O 4 and Zh- Fe2O4-TiO2 composite synthesizen bp ce-pgcipitatWn gate [ J ]. Materials Chemistg and Physics ,2419 ,23 ： 147X13. [13] WU AIDING,TIAN CHUNGUI,CHANG WEI,et ak Morpnoloan-Jontrollen sypthesis of Ag3PO4 soc/micgcguWs and their antiPacteAal properkes J ]. Materials Research BuUetis,2213 ,43 ： 3043-3248. J 4 ] 王 如 意 ， 徐 会佳 , 茹世杰 ， 等 , 磷酸银光催化 降解 甲磺酸吉米沙星的研究 J] 太原科技大学学报 ,2217,38(3 ) ： 243O48i Preearvtion and Photocetalytic Deeredation of ZnFr 2 O 4 / / Ao 3 PO 4 ZHENG Yr-yiano 1 ,GUAN Meno-yuan 1 ,REN Yono-Peno 1 ,BAI Juan 1 , ZHANG Kai-yin 1 ,JING Hono - fei 2 , GAO Zhr - qino 1 (. ColOge of Chemistg and BioeygiseeAng , Taiypas University of Science and TqhhoOpy, Taiypas 937922 , ChOv ； 2. Col O ge of EsviAnmental ScOnca and EngiseeAng , Taiypas University of TyhsoOpy ,TSypas 237660 , China ) AbstrvcS : ZnFqO4/Ag3PO 4 composite was sypthesized by microwave hypgtheAial methob- With composite mate- Aal containing 14% ZnFqO 4 to 50 PPM of Rhobamise B ( Rhobamise B ) , MethyS Orange ( MethyS Orange ) and MethyOne Blue ( MethyOne Blue) dye is simulated sunlight under the conditions of ppotocatalytic degrabaSon , the exxeAmental results sbow that the degradation of methyS orange ( anionic dyes ) 2 h after the degradation rate was 20% ,2nd the only degradation of methyOne blue ( cationic dye ) 2 h after the degradation rate was 83% ,2nd the degradation of rUobamise B ( sentral dye molecoles ) 2 h after degradation rate reached more than 99% , which sbow that this composite matekal are anionic pPoWpegrabation catalysts , the sentral dye degrabaSon ePicOncq than other Onio dyes;Is the ppotocatalytic degradation of rUobamise B bp 5% and 14% of the composites , the degraby- tion rate of 14% of the composites was more than 90% at 2 h , and the /gradation rate of 5% of the composites was close to 109% at 2 h. And the composite material has goof magnetic pgpekies , which is conducive to gcy- cOng. Key woWs ： ZnFqO4 ,Ag3PO4 , composite matekals , pPotocatalysis , dyes
2024年4月13日发(作者：秘量)
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42
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2
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SCIPNCE
AND
TECHNOLOGY
Feb.
OO/l
文章编号
：
1273
-2257(2221)21
-0295
-22
ZnFe2O
2
/AuPO
2
的制备及其
可见光催化降解性能的研究
郑宇翔
，
关梦圆
，
任永恒
，
白
娟
，
张凯欣
，
景泓菲
，
高竹青
(1.
太原科技大学化学与生物工程学院
，
太原
030022
；
.
太原理工大学环境科学与工程学院
，
太原
0306001
摘
要
：通过微波水热法合成了
ZnFpO
4/
Ay
3
PO
4
复合材料
，
进行了
XRD
、
红外及紫外-可见漫反射
表征
。
并用含
14%
ZnFe
2
O
的复合材料对
50
ppm
的罗丹明
B
(
RhoPamioc
B
)
、
甲基橙
(
Methyl
Orange
)
、
亚甲基蓝
(
Methylene
Blue
)染料在模拟太阳光的条件下进行光催化降解。
实验结果表明
：
在降解甲基橙
4
(阴离子型染料
)
2
h
后降解率仅达
20%
,
降解亚甲基蓝(阳离子型染料
)
2
h
后降解率达
83%
,
降解罗丹
明
B
(中性分子染料
)
2
h
后的降解率达到了
90%
以上,表明这一复合材料是非阴离子型光降解催化剂
，
对中性染料降解效率大于其它离子型染料
；
而在
5%
,14%
的复合材料对罗丹明
B
光催化降解中
,14%
的复合材料
2
h
的降解率超过
90%
,5%
的复合材料
2
h
的降解率接近
100%.
而且复合材料具有良好的
磁性能
，
有利于回收利用
。
关键词:
铁酸锌
;
磷酸银
;
复合材料;光催化
；
染料
中图分类号
：
X703
文献标志码
：
A
doi
：
10.3969/.
273
-
2057.2061.01.013
随着经济的迅速发展和人口的快速增长
，
生产
究空间还很大
。
它作为可见光催化剂的特性
，
更是
能有效地将有机物完全矿化
，
彻底
反
应
,
最终
生成二
氧化碳和其他无机离子
，
消耗能量低
，
反应条件温和
,
和生活排放的污水量日益增加
。而工业生产中排
放的染料废水中的活性染料具有毒性大
、
成分复
杂
、
难降解
［
1
］
，
会对环境造成严重的污染
，
其降解处
操作简便
，
没有二次污染⑷
，
采用该可见光催化剂处
殴
水
,
既减少对了环境的污染,又节约了资源
，
将是
理是一大难题
。
文献
［
2
］
中提到作为亚铁磁性的铁氧体
，
铁酸
一项具有
广泛
应用前景的新型
水
处理技术
°
锌是一种具有尖晶型结构的软磁性材料
，
它的磁性
能源于晶格内部的超交换作用
，
颗粒形貌
、
粒径大
本文鉴于目前铁酸锌的研究现状
，
从其作为良
好的光催化剂的特性出发
，
探究了制备铁酸锌的方
小
、
离子替换或掺杂均能影响铁氧体的宏观磁性
法,并进一步将其与磷酸银复合
，
通过
XRD
、
紫外-
可见漫反射
、
红外等方法对其进行了结构表征
，
最
能
。
铁酸锌还是一种新型窄带系半导体材料
［
7
］
,具
有优异的物理化学性质
，
其本身性质稳定,所含成
后研究了它们对罗丹明
B
、
甲基橙
、
亚甲基蓝的光催
化降解效果
。
分无毒
，
不发生化学及光化学腐蚀等反应
，
制备方
便且成本较低
°
1
实验部分
1.
1
实验药品及仪器
虽然当前国内外对铁酸锌在磁性能等方面已经
有很大的研究成果
，
但在光
催
化降解方面的研究还
尚
不成熟
，
所以铁酸锌利用光
催
化技术处理水的研
收稿日期
：
201279-18
2
2
5
实验药品
基金项目
：
山西省高等学校大学生创新创业训练项目
(
XJ2013056
)
作者简介:
郑宇翔
(298-1
男
，
研究方向为实验化学;通迅作者:高竹青教授
,
EmUl
:
zqga°2008
@163.
com.
第
42
卷第
1
期
郑宇翔
,
等
:
ZnF
e2
O
7/
/
Ag
3PO
7
的制备及其可见光催化降解性能的研究
69
Zn(NO
5
)
4-
6H2
O,Fe
(
NO
5
)
5
-
9H
2
O
,
NaOH
,
乙二
醇
，
十二烷基硫酸钠
，
无
水
乙醇
,
罗丹明
B,
亚甲基
蓝
，
甲基橙
，
以上试剂均为分析纯
。
7
7
9
实验仪器
TUO921
双光束紫外可见分光光度计(北京普
析通用仪器有限责任公司
),
TG16-W
医用离心机
(湖南湘仪实验室仪器开发有限公司
),
SBO2O2D
超声波清洗机
(
宁波新芝生物科技股份有限公司
),
METTLER
TOLEDO
(
梅特勒-托利多有限公司)
，
78-
1
磁力加热搅拌器(苏州威尔实验用品有限公司)
，
微波
水
热平行合成仪(北京祥鹄科技发展有限公
司)
，
CELOB77
光化学反应器(北京中教金源科技
有限公司)
，
Thermo/sber-is57
傅里叶变换红外光谱
仪(美国赛默飞世尔科技公司)
，
MiniF0x669
X
射线
衍射仪
(
日本理学
)
，
Lambda750
型紫外-可见漫反
射光谱仪(美国珀金埃尔默
PerkinEloer)
.
1.2
ZnFr
2
O
4
/
/
Ao
3
PO
4
复合材料的制备
7
2.1
微波水热法制备磁性
ZnFe
0
O
3
按照文献
［
3
］
的方法制备
，
略做改动
。
量取
89
mL
乙二醇于
257
mL
烧杯中
，
称取
8.
2804
g
Fe
(NO
5
)
5
・
9H2O(9.92
mol)
和
2.975
g
Zn
(
NO
5
)
0-
6H
2
O
(
0.21
mol)
置于上述烧杯中
，
用磁力搅拌器不断搅拌
0.5
h,
使
Fe(NO
5
)
5
、
Zn(NO
5
)2
能均匀地溶解在乙二
醇中
，
逐滴向烧杯中加入
5
moOL
的
NaOH
溶液调节
pH
值达到
11,
得到浅绿色的透明凝胶
，
继续搅拌一
个小时
，
把所得绿色凝胶状物质置于聚四氟乙烯微
波反应釜中
，
每釜
39
mL,
拧紧反应釜,然后置于微波
水热反应合成仪内
，
在微波功率
770
W
、
温度
159
C
的条件下反应
20
min,
温度降到室温后
，
离心得到
磁性的铁酸锌
，
用蒸
Q
水和乙醇洗涤数次去除杂
质
，
最后在真空干燥箱中恒温
44
C
干燥直至恒重
。
7
2.
9
ZnF
e2
O7/
/
Ag
3
PO7
复合材料及
AgsPO
。
的制备
将上面所得
ZnFe2O
3
按照
ZnFe2
O
7/
/
Ag
3
PO
7
复合
材料中
5%
,14%
的铁酸锌的质量
，
分别称取一定量
的
ZnFe2O
3
，
再称取十二烷基硫酸钠
0
1923
g,
将两者
混
合溶于
：
mL
蒸
Q
水中
,39
C
水浴搅拌
14
h,
接着加
入
57mL
AgNO
3
(
4.235
g)
溶液
，
搅拌
14
h,
最后逐滴加
入
57
mL
22^0
4
(
0
433
g)
溶液
，
搅拌
1
0
离心得到
沉淀物
，
用蒸
Q
水和无水乙醇各洗涤
3
次
，
放入真空烘
箱
66
C
干燥
14
0
同法在不加
ZnFezO
。
的条件下制备
纯的
Ag3PO
7
,
以便于帥及催化性能的进一步比较
。
1.
2
材料表征
对所制备的
ZnFe
9
O
7
、
5%
ZnFe
9
O
7/
Ag
5
PO
7
、
14%
ZnF
e2
O
7/
/
Ag
3PO
7
及
Ag
5
PO
7
材料进行
XRD
1
紫
外-可见漫反射及红外光谱的表征
。
1.2
光催化降解性能测试
以甲基橙
、
罗丹明
B
、
亚甲基蓝染料溶液作为
目标污染物,在室温条件下
，
称取
0
95g
ZnFe
9
O
7
/
Ag3
PO
7
复合材料加入染料溶液中
(57
ppm
)
,
于
CEL-
LB70
光化学反应器进行光催化降解性能研究⑷
。
将反应溶液置于暗室中搅拌
44
min
后达到吸附平
衡,接着打开模拟太阳光源(氤灯)进行照射
。
在
2
h
的光催化降解过程中
，
每间隔
20
min
取
4
mL
反
应溶液
，
以高速离心机(转速
5266
转
/mid,
时间
4
min)
离心后
，
取上部澄清溶液
1
mL
并加入
3
mL
去离子水
，
测定反应液在染料最大吸收波长处的吸
光度值
，
然后根据朗伯比尔定律计算降解率
J
］
。
为了比较各材料的光催化降解性能
，
以罗丹明
B
溶液作为目标污染物
，
分别称取
0.25
a
ZnF
e2
O
7
1
Ag
3
PO
7
和
14%ZnFe
9
O
7/
Aa
5
PO
7
复合材料加入染料
溶液中
(57
ppm
),
于
CELOB77
光化学反应器进行
光催化降
能研究
。
2
结果与讨论
22
材料的表征
2.1.1
XRD
谱图
合成的
AgsPO^
21^x20
4
和
ZnFe
2
O
7
^
Aa
5
PO
7
的
XRD
图谱如图
1
所示
。
ZnF
e2
O
7
有六个明显的衍射
峰
(
JCPDS
No.
22-1414
)
［
9
］
,所制备的材料结晶度
较好
，
铁酸锌是一个完整的尖晶石结构，
没有发现
明显的杂质峰
［
］
。
Aa
3
PO
7
14
个明显的衍射峰和标
准卡
(
JCPDS
Na.2O525
)
J0
］
完全吻合
。
从
5%
及
14%
的
ZnFe
9
O
7/
Aa
5
PO
7
复合材料衍射图来看
，
随
ZnFe2O
3
含量增加
,Aa
3PO
7
衍射峰强度有所降低
，
表
明
ZnFe
2
O
4
和
Ag
3
PO
4
已经复合
，
而且具有好的结晶
度
［
11
］
,
不过由于
Aa
3
PO
7
的衍射强度太强
，
掩盖了
ZnFezOq
的衍射峰
,ZnFe
9
O
7
的复合并没有改变
Ag
5
P 的晶体结构 ， 表明这两种材料仅仅是物理复合 。 2.1.2 红外光谱图 由图 2 可以看出铁酸锌在 539 cm -1 处吸收峰, 属于 Fe-O 键 ［ 14 ］ ； 而磷酸银在 552 cm - 处的峰为 70 太原科技大学学报 2021 年 ( ・ r r e ) A l * —I ISUQ4UI 20 30 40 50 60 7 0 80 20 ( degree ) 图 1 不同配比的 ZnFe 2 O 4^ Ag 3 PO 4 复合物的 XRD 图 Fig. 1 XRD charts of ZnFe 2 O 4 ^Ag 3 PO 4 ccmpounds with different proportions Ay-O 键伸缩 振 动 ， 1 000 cm 」 为 P 二 O 键的伸缩 振 动峰 〔 ⑶ ， 而 Ay 3 PO 4 的特征吸收没有明显改变 ， 类似 于 XRD 表征 ， 说明 的 理 ， 并没有 引起各 的改变 。 & - 0 O U E 4 .-S U I « —I I SURIH 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Wavenumber/cm _1 图 2 不同配比的 ZnFe2O 4/ Ag3PO 4 复合物及 ZnFe2O 4 、 Ag3PO 4 的红外光谱图 Fig. 3 FT-IR syectra of ZnFe2O 4 /Ag3PO 4 ccmposCes with different ratios Proportions , ZnFe 2 O 4 and Ag 3 PO 4 2. 1.3 紫外光谱图 由图 3 可以看出纯铁酸锌在 200 nm 〜 740 nm 的波长范围内均有明显的吸收 ， 但吸收强度较弱; 而纯磷酸银只在 200 nm 〜 540 nm 波长范围内有吸 ， 且吸收较强 ， 大量实验证明磷 强的 见光催化剂 ［ ⑷ 。 和纯磷 为对照 , 分析不同配比 ZnFf 0 O 4/ Ays PO 4 复合物的紫外图谱, 可以看出 ， 不同配比的 ZnFe 2 O 4^ Ay 3 PO 4 复合材料在 200 nm 〜 700 nm 处有吸收 ， 并且紫外区的符合磷酸 银的紫外吸 ， 说明该 含有磷 的 成分 2 同配比 在 500 x11 〜 700 x11 处 的吸收强度明显高于纯磷 ， 说明符合物在 520 nm 〜 740 nm 处也有吸收 ， 这个波段的吸收是由复 合物中的铁酸锌产生的 。 ( ・ n ・ E ) 200 300 400 500 600 700 800 Wavelength/m 图 3 不同配比的 ZnFe 2 O 4^ Ag 3 PO 4 复合物及 ZnFe 2 O 4 S Ag 3 PO 4 的紫外光谱图 Fig. 2 UV-vis syectra of ZnFe 2 O 4 Ag 3 PO 4 ccmpounds with different proportions , ZnFe 2 O 4 and Ag 3 PO 4 2.3 铁酸锌光催化性能的研究 2. 2. 1 铁酸锌 、 磷酸银 、 12% 复合材料对罗丹明 B 的降 图 4 是铁酸锌 、 磷酸银 、 1% 复合材料对 52 ppm 的罗丹明 B 的 与时间的关系图 。 ， 在 氤灯的照射下 2 光催化剂时,随着时间的变 化 , 降解率几乎没有变化 ； 而磷 光催化剂时 ,2 0 min 后降解率就几乎达 92% ,40 min 后降解率基本达 到 10% ； 12% 光催化剂时 ， 其降解率随 5/min 图 4 铁酸锌 、 磷酸银 、 10% 复合材料对罗丹明 B 降解速率的影响 Fig. 4 The effects of zinc ferrite , silver phosyhate and 10 % ccmposite on the dexradation rate of rdodamine B 第 42 卷第 1 期 郑宇翔 , 等: ZnFe2 O4 / / Ay 3 PO2 的制备及其可见光催化降解性能的研究 71 说明磷酸银的掺入使催化剂的活性明显增强 。 2. 2. 2 复合材料对甲基橙 、 亚甲基蓝 、 罗丹明 B 的 降 图 5 是磷酸银与铁酸锌配比为 14% [ M z n Fe2O2 : ( M ZnFe2O4 + M Ay3PO4 ) ] 的复合材料对 500 p 橙 、 亚甲基蓝 、 罗丹明 B 的浓度与时间的关系图 。 图中比较 2 同 的降 罗丹明 B 的光催化降 i 况 。 【 果 子染 5/min 优于其他两 ° 而由于亚甲基蓝 分子 、 甲基橙是阴离子 明 与磷 、 罗丹明 B 是分子 ， 说 的降解效 图 6 铁酸锌用量对罗丹明 B 降解率的影响 较其他离子 ° Fig. 6 The effect of cctalyst amount on XXB depredation rete 2.5 磁性 磷酸银为非常好的光降解催化剂 ， 但为粉末状 固体 ， 不方 的 2 ， 本次实验掺入微波水热法制备 ° 由图 2 ， 实验 向 制得的 方向靠近 ， 说明 ° 被 吸引后 ， 迅 掺入后使催化剂 于 5/min 图 5 不同染料对复合材料降解速率的影响 Fig. 5 The effect of different dyes on depredation rete of ccmposites 2. 2. 8 ZnFe 2 O 2 与 Ay 3 PO 0 配比为 5% 、 14% 复合材 料对罗丹明 B 的降 图 2 是磷 与铁酸锌不同配比的复合材料 无磁铁吸引 磁铁吸引后 对 54 ppm 的罗丹明 B 的浓度与时间的关系图 。 图 图 7 用磁铁吸引铁酸锌复合材料照片 Fig. 5 Magnets attrect photos of ZnFe 2O 4 ccmposites 中比较了配比分别为 5% 、 14% 复合材料在黑暗 2 min 和光照 120 min 的条件下罗丹明 B 的降解情 况 。 可以看出 ， 在暗 反应(有催化剂 ， 无氤灯照射 ) 的 下,罗丹明 B 的 3 结论与讨论 本文成功地将磁性 ZnFe2 O 2 和优良的可见半导 没有变化 ， 在 Y 灯 罗 的照射下 ， 120 min 时,配比为 5% 和 丹明 B 的降解率 率有 100% 2 体材料 Ay 3 PO 2 复合在一起 ， 用于废水中有机染料的 降解 。 该 降 为 ， 说 在模拟 在 光的条件下可有效 明 ， 在有光照和光催化剂同时 下罗丹明 B 的降 罗丹明 B 及阳离子 甲基蓝 ， 而 的提高， 而且配比为 5% 的 : 降解后的 的 下 ， 为降解 体 最佳 ° 一种有 径 。 参考文献 ： J] 王雅楠 ， 翁德辉 ， 方涛 ， 等•纳 米铁酸锌光催化降解工业废水研究进展 J] •广 州 化工 ,202,45(6) ： 2X9• 77 太原科技大学学 报 2021 年 [2] 陈昕 , 张朝红.铁酸锌负载碳纳米管结合微波催化降解双酚 A [ J ]. 广东化工,2016,43(9) ：2 O. [ 3 ] CHEN XIAOJUAN,DAI YOUZHI,HUAN WENKE. Novel Ag3PO 4/ /nFe2O 4 compositn phoWcoWyU with enhoced viXPO light phoWcaWlytic activity [ J] Material- LetWu ,2015,145 ： 125-163. J] 侯桂芹 ， 李云凯,王晓燕•铁酸锌作为光催化剂的研究进展 [J ] 材料导报 ,2218,32(1 ) ： 5)X7i [5] 徐明 ， 杨金林,马少健 ， 等•铁酸锌在特性材料方面的研究与展望 []• 材料导报 ,2016,32( )) ： 79O3i tion under visible LED light irradiation [J] . Joarnai of EovironmeyWi Chemical Engioee ring ,2015 ,3(4) ： 2309-2315. [ 6 ] MING G,CHEN Y,LIU M,et ak Sypthesis of mayheticaSy separable Ag 3 PO3z 7 /nFc 2 O3compositn photocawlysts far dpc aexraby- J] 张启伟•纳米铁酸锌的共沉淀法制备及其光催化性能 [J ] 大连交通大学学报 ,2018,39(2) ： 99X22i J] SU M,HE C,SHARMA V K,et at. Mesoporoas zioc ferkte ： Sypthesis , chageteUzatWn 2" phoWcawOtic activity with H2O2/ visible OhW J ]. J opas I of Hazarkoas Materials ,2219,91)-219( zone ) ： 95-143. 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Col O ge of EsviAnmental ScOnca and EngiseeAng , Taiypas University of TyhsoOpy ,TSypas 237660 , China ) AbstrvcS : ZnFqO4/Ag3PO 4 composite was sypthesized by microwave hypgtheAial methob- With composite mate- Aal containing 14% ZnFqO 4 to 50 PPM of Rhobamise B ( Rhobamise B ) , MethyS Orange ( MethyS Orange ) and MethyOne Blue ( MethyOne Blue) dye is simulated sunlight under the conditions of ppotocatalytic degrabaSon , the exxeAmental results sbow that the degradation of methyS orange ( anionic dyes ) 2 h after the degradation rate was 20% ,2nd the only degradation of methyOne blue ( cationic dye ) 2 h after the degradation rate was 83% ,2nd the degradation of rUobamise B ( sentral dye molecoles ) 2 h after degradation rate reached more than 99% , which sbow that this composite matekal are anionic pPoWpegrabation catalysts , the sentral dye degrabaSon ePicOncq than other Onio dyes;Is the ppotocatalytic degradation of rUobamise B bp 5% and 14% of the composites , the degraby- tion rate of 14% of the composites was more than 90% at 2 h , and the /gradation rate of 5% of the composites was close to 109% at 2 h. And the composite material has goof magnetic pgpekies , which is conducive to gcy- cOng. Key woWs ： ZnFqO4 ,Ag3PO4 , composite matekals , pPotocatalysis , dyes