高等学校化学学报 ›› 2016, Vol. 37 ›› Issue (11): 2050.doi: 10.7503/cjcu20160340
收稿日期:
2016-05-16
出版日期:
2016-11-10
发布日期:
2016-10-19
作者简介:
联系人简介: 孙代红, 男, 副教授, 主要从事污水处理等方面的研究. E-mail:基金资助:
SUN Daihong*(), LIU Huarong, LI Ruizhe
Received:
2016-05-16
Online:
2016-11-10
Published:
2016-10-19
Contact:
SUN Daihong
E-mail:sundaihong888888@163.com
Supported by:
摘要:
以葡萄糖溶液为原料, 通过水热法制备了分散性良好的碳微球; 以碳微球为模板, 应用化学沉淀法和热处理技术除去碳核获得空心铬锌铁氧体; 用钛酸四丁酯作为钛源, 在空心铁氧体表面包覆二氧化钛制备了锌铬铁氧体/二氧化钛二元复合物. 采用现代分析技术表征了制备样品的微观结构、 形貌和电磁性能, 并对其吸附和降解染料废水的性能进行了研究. 结果表明, ZnCr0.25Fe1.75O4对染料废水具有较好的去污效果, 对甲基橙和罗丹明B的去污效率分别为87% 和83%; TiO2对铁氧体的包覆能提高复合物对染料废水的光催化降解性能, 其中mT/ZCF =0.3的ZnCr0.25Fe1.75O4/TiO2复合物的去污效果最佳, 几乎与纯二氧化钛相仿.
中图分类号:
TrendMD:
孙代红, 刘华荣, 李睿哲. 空心锌铬铁氧体/二氧化钛复合物的制备及去污性能. 高等学校化学学报, 2016, 37(11): 2050.
SUN Daihong, LIU Huarong, LI Ruizhe. Preparation and Decontamination Capability of Hollow Zn-Cr Ferrite/Titanium Dioxide Composites†. Chem. J. Chinese Universities, 2016, 37(11): 2050.
Sample | Content(%) | ||||
---|---|---|---|---|---|
Zn2+ | Cr3+ | Fe3+ | Ti4+ | ||
ZnCrxFe2-xO4 | x=0.25 | 27.04(27.23) | 5.47(5.41) | 40.46(40.70) | 0 |
x=0.50 | 27.08(27.35) | 10.98(10.87) | 35.18(35.03) | 0 | |
x=0.75 | 27.18(27.46) | 16.52(16.38) | 29.07(29.31) | 0 | |
x=1.00 | 27.26(27.57) | 22.13(21.92) | 23.36(23.54) | 0 | |
ZCF with mT/ZCF | m T/ZCF=0.1 | 24.58(24.76) | 5.03(4.95) | 37.34(37.00) | 5.38(5.45) |
m T/ZCF=0.2 | 22.50(22.69) | 4.64(4.51) | 34.18(33.92) | 9.86(9.99) | |
m T/ZCF=0.3 | 20.83(20.95) | 4.20(4.16) | 31.52(31.31) | 13.72(13.83) | |
m T/ZCF=0.4 | 19.36(19.45) | 3.91(3.86) | 29.32(29.07) | 16.95(17.12) | |
m T/ZCF=0.5 | 18.02(18.15) | 3.64(3.61) | 27.36(27.13) | 19.81(19.98) |
Table 1 Chemical component of as-prepared samples*
Sample | Content(%) | ||||
---|---|---|---|---|---|
Zn2+ | Cr3+ | Fe3+ | Ti4+ | ||
ZnCrxFe2-xO4 | x=0.25 | 27.04(27.23) | 5.47(5.41) | 40.46(40.70) | 0 |
x=0.50 | 27.08(27.35) | 10.98(10.87) | 35.18(35.03) | 0 | |
x=0.75 | 27.18(27.46) | 16.52(16.38) | 29.07(29.31) | 0 | |
x=1.00 | 27.26(27.57) | 22.13(21.92) | 23.36(23.54) | 0 | |
ZCF with mT/ZCF | m T/ZCF=0.1 | 24.58(24.76) | 5.03(4.95) | 37.34(37.00) | 5.38(5.45) |
m T/ZCF=0.2 | 22.50(22.69) | 4.64(4.51) | 34.18(33.92) | 9.86(9.99) | |
m T/ZCF=0.3 | 20.83(20.95) | 4.20(4.16) | 31.52(31.31) | 13.72(13.83) | |
m T/ZCF=0.4 | 19.36(19.45) | 3.91(3.86) | 29.32(29.07) | 16.95(17.12) | |
m T/ZCF=0.5 | 18.02(18.15) | 3.64(3.61) | 27.36(27.13) | 19.81(19.98) |
Fig.3 SEM and TEM images of carbon microballoons(A, E), ZnCr0.25Fe1.75O4(B, F) and ZCF/T composite with mT/ZCF=0.3(C, G), unsintered C/ZnCr0.25Fe1.75O4(D) and element mapping of ZCF/T composite with mT/ZCF=0.3(H—L)(H) O-K; (I) Ti-K; (J) Cr-K; (K) Fe-K; (L) Zn-K.
Sample | Average pore size/nm | Specific surface area/(m2·g-1) | Sample | Average pore size/nm | Specific surface area/(m2·g-1) |
---|---|---|---|---|---|
ZnCr0.25Fe1.75O4 | 8.56 | 74.83 | ZCF/T, mT/ZCF=0.2 | 7.32 | 62.17 |
ZnCr0.50Fe1.50O4 | 8.31 | 71.35 | ZCF/T, mT/ZCF=0.3 | 7.21 | 60.33 |
ZnCr0.75Fe1.25O4 | 8.14 | 68.57 | ZCF/T, mT/ZCF=0.4 | 6.28 | 56.81 |
ZnCrFeO4 | 7.87 | 66.42 | ZCF/T, mT/ZCF=0.5 | 6.04 | 55.16 |
ZCF/T, mT/ZCF=0.1 | 7.54 | 63.92 |
Table 2 Average pore size and specific surface area of samples
Sample | Average pore size/nm | Specific surface area/(m2·g-1) | Sample | Average pore size/nm | Specific surface area/(m2·g-1) |
---|---|---|---|---|---|
ZnCr0.25Fe1.75O4 | 8.56 | 74.83 | ZCF/T, mT/ZCF=0.2 | 7.32 | 62.17 |
ZnCr0.50Fe1.50O4 | 8.31 | 71.35 | ZCF/T, mT/ZCF=0.3 | 7.21 | 60.33 |
ZnCr0.75Fe1.25O4 | 8.14 | 68.57 | ZCF/T, mT/ZCF=0.4 | 6.28 | 56.81 |
ZnCrFeO4 | 7.87 | 66.42 | ZCF/T, mT/ZCF=0.5 | 6.04 | 55.16 |
ZCF/T, mT/ZCF=0.1 | 7.54 | 63.92 |
图8 给出了mT/ZCF=0.1~0.5的ZCF/T复合物(分别对应样品1~5, TiO2(6)和ZnCr0.25Fe1.75O4(7)对MO和RhB溶液的去污性能(复合物生成条件: 水解反应12 h, pH=5~6, 煅烧温度500 ℃). 由图8可见, ZCF/T复合物的去污活性均比ZnCr0.25Fe1.75O4高, 且随着TiO2含量的增加呈先增大后减小的变化趋势, 其中mT/ZCF=0.3的ZCF/T复合物对MO和RhB溶液的去污效果最好, 均大于93%, 与纯TiO2的相当. 这可能是由于随着TiO2含量的增加, 复合物的光催化活性增强; 而当TiO2含量继续增大, 可能会部分堵塞铁氧体的空心孔, 导致其平均孔径和比表面积减小(表2), 综合各种因素, mT/ZCF=0.3的ZCF/T复合物具有最好的去污效果. 此外, 在ZCF/T复合物的界面处ZnCr0.25Fe1.75O4和TiO2会生成异质结, 进而生成的晶格缺陷(带电缺陷)具有稳定e和h+的作用, 因而也能提高其光催化作用. 界面处发生的缺陷反应如下:
Fig.11 Removal effect of ZCF/T composite with mT/ZCF=0.3 on sintering temperature for MO(A) and RhB(B) solutions Temperature/℃: a. 400; b. 450; c. 500; d. 550.
Fig.12 Removal effect of ZCF/T composite with mT/ZCF=0.3 on cycle numbers for MO(A) and RhB(B) solutions and recycled schematic diagram[RhB solution before(C) and after(D) by ultraviolet treatment and recycled composite by an external magnet(E)]
[1] | Hyuk I., S. , Jeong, U. , Xia, Y. , Nat. Mater., 2005, 4, 671- 678 |
[2] | Li M., J. , Xu, X. , Tang, Y. , Guo Z., N. , Zhang H., A. , Zhang, H. , Yang, B. , Colloid Interface Sci., 2010, 346, 330- 336 |
[3] | Chen X., Y. , Ma, C. , Bao S., P. , Colloid Interface Sci., 2010, 346, 8- 15 |
[4] | 刘宪瑞, 侯长民, 袁 龙, 刘绍孔, 秦圆圆, 黄科科, 冯守华, 高等学校化学学报, 2013, 34( 2), 277- 283 |
Liu X., R. , Hou C., M. , Yuan, L. , Liu S., K. , Qin Y., Y. , Huang K., K. , Feng S., H. , Chem. J. Chinese Universities, 2013, 34( 2), 277- 283 ( | |
[5] | Victor F., P. , Kannan M., K. , Paul, A. , Science, 2001, 291, 2115- 2121 |
[6] | Pan Z., W. , Dai Z., R. , Wang Z., L. , Science, 2001, 291, 1947- 1953 |
[7] | 赵海涛, 王 俏, 刘瑞萍, 马瑞廷. 高等学校化学学报, 2016, 37( 4), 613- 618 |
Zhao H., T. , Wang, Q. , Liu R., P. , Ma R., T. , Chem. J. Chinese Universities, 2016, 37( 4), 613- 618 ( | |
[8] | Yoshikawa, H. , Hayashida, K. , Kozuka, Y. , Horiguchi, A. , Awaga, K. , Bandow, S. , Iijima, S. , Appl. Phys. Lett., 2004, 85, 5287- 2594 |
[9] | 许 峰, 向 晨, 李良超, 毛梦怡, 周 琰, 丁 艳, 李涓碧. 高等学校化学学报, 2013, 34( 10), 2254- 2261 |
Xu, F. , Xiang, C. , Li L., C. , Mao M., Y. , Zhou, Y. , Ding, Y. , Li J., B. , Chem. J. Chinese Universities, 2013, 34( 10), 2254- 2261 ( | |
[10] | Ohmori, T. , Takahashi, H. , Mametsuka, H. , Suzuki, E. , Chem. Chem. Phys., 2000, 2, 3519- 3525 |
[11] | Brown A. S., S. , Hargreaves J. S., J. , Rijniersce B., A. , Catal. Lett., 1998, 53, 7- 10 |
[12] | Xu X., J. , Zhou L., H. , Zhai Q., G. , Lu C., Z. , Am. Ceram. Soc., 2007, 90, 1959- 1965 |
[13] | Li Z., M. , Lai X., Y. , Wang, H. , Mao, D. , Xing C., J. , Wang, D. , Phys. Chem. C, 2009, 113, 2792- 2799 |
[14] | Libanori, R. , Giraldi T., R. , Longo, E. , Leite E., R. , Ribeiro, C. , Sol-gel. Sci. Technol., 2009, 49, 95- 101 |
[15] | Malagutti A., R. , Mourao H. A. J., L. , Garbin J., R. , Ribeiro, C. , Environ., 2009, 90, 205- 212 |
[16] | Tryk D., A. , Fujishima, A. , Honda, K. , Electrochim. Acta, 2000, 45, 15- 20 |
[17] | Mourao H. A. J., L. , Malarutti A., R. , Ribeiro, C. , Appl. Catal. A: General, 2010, 382, 284- 291 |
[18] | Ung, T. , Liz-Marzan L., M. , Mulvaney, P. , Phys. Chem. B, 2001, 105, 3441- 3447 |
[19] | Chang S., Y. , Liu, L. , Asher S., A. , Am. Chem. Soc., 1994, 116, 6745- 6751 |
[20] | Bahout M., M. , Bertrand, S. , Pena, O. , J. Solid State Chem., 2005, 178, 1080- 1086 |
[21] | Maensiri, S. , Masingboon, C. , Boonchom, B. , Eraphin, S. , Scripta Mater., 2007, 56, 797- 800 |
[22] | Florea, M. , Alifanti, M. , Parvulescu V., I. , Tarabasanu D., M. , Diamandescu, L. , Feder, M. , Negrila, C. , Frunza, L. , Catal. Today, 2009, 141, 361- 366 |
[23] | Wang Z., W. , Schiferl, D. , Zhao Y., S. , O’, Neill H. S. C. , J. Phys. Chem. Solids., 2003, 64, 2517- 2523 |
[24] | Saepurahman, Abdullah M., A. , Chong F., K. , J. Hazard. Mater., 2010, 176, 451- 458 |
[25] | Horikoshi, S. , Abe, M. , Sato S., S. , J. Photochem., Photobiol. , A: Chem., 2011, 220, 94- 101 |
[26] | 陈瑶瑶, 沈俊海, 孔卫秋, 李良超. 无机化学学报, 2015, 31, 243- 252 |
Chen Y., Y. , Shen J., H. , Kong W., Q. , Li L., C. , Chinese J. Inorg. Chem., 2015, 31, 243- 252 ( | |
[27] | Zhu C., Q. , Li Y., R. , Su, Q. , Lu B., G. , Pan J., Q. , Zhang J., W. , Xie E., Q. , Lan, W. , J. Alloys Compd., 2013, 575, 333- 338 |
[28] | Jiang Z., F. , Jiang D., L. , Yan Z., X. , Liu, D. , Qian, K. , Xie J., M. , Appl. Catal. B: Environ., 2015, 170/171, 195- 205 |
[29] | Habibi M., H. , Habibi A., H. , J. Ind. Eng. Chem., 2014, 20, 2964- 2968 |
[30] | Zhu X., D. , Zhang, F. , Wang M., J. , Ding J., J. , Sun, S. , Applied Surf. Sci., 2014, 319, 83- 89 |
[31] | Su M., H. , He, C. , Sharma V., K. , Asi M., A. , Xia D., H. , Li X., Z. , Deng H., Q. , Xiong, Y. , J. Hazard. Mater., 2012, 211/212, 95- 103 |
[32] | Casbeer, E. , Sharma V., K. , Li X., Z. , Sep. Purif. Technol., 2012, 87, 1- 14 |
[1] | 滕镇远, 张启涛, 苏陈良. 聚合物单原子光催化剂的载流子分离和表面反应机制[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(9): 20220325. |
[2] | 秦永吉, 罗俊. 单原子催化剂在CO2转化中的应用[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(9): 20220300. |
[3] | 林治, 彭志明, 贺韦清, 沈少华. 单原子与团簇光催化: 竞争与协同[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(9): 20220312. |
[4] | 赵盈喆, 张建玲. 金属-有机框架基材料在二氧化碳光催化转化中的应用[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(7): 20220223. |
[5] | 夏雾, 任颖异, 刘京, 王锋. 壳聚糖包裹CdSe量子点组装体的水相可见光催化CO2还原[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(7): 20220192. |
[6] | 邱丽琪, 姚向阳, 何良年. 可见光驱动丰产金属卟啉类配合物催化的二氧化碳选择性还原反应[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(7): 20220064. |
[7] | 龚妍熹, 王建兵, 柴歩瑜, 韩元春, 马云飞, 贾超敏. 钾掺杂g-C3N4薄膜光阳极的制备及光电催化氧化降解水中双氯芬酸钠性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(6): 20220005. |
[8] | 王广琦, 毕艺洋, 王嘉博, 石洪飞, 刘群, 张钰. 非贵金属三元复合Ni(PO3)2-Ni2P/CdS NPs异质结的构建及可见光高效催化产氢性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(6): 20220050. |
[9] | 宋颖颖, 黄琳, 李庆森, 陈立妙. CuO/BiVO4光催化剂的制备及光催化CO2还原性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(6): 20220126. |
[10] | 陶雨, 欧鸿辉, 雷永鹏, 熊禹. 单原子催化剂在光催化二氧化碳还原中的研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(5): 20220143. |
[11] | 冯丽, 邵兰兴, 李思骏, 全文选, 庄金亮. 超薄Sm-MOF纳米片的合成及可见光催化降解芥子气模拟剂性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(4): 20210867. |
[12] | 孟祥钰, 詹琦, 武亚南, 马晓双, 姜靖逸, 孙岳明, 代云茜. 光热效应增强的Au/RGO/Na2Ti3O7光催化加氢性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(3): 20210655. |
[13] | 郭彪, 赵晨灿, 刘芯辛, 于洲, 周丽景, 袁宏明, 赵震. 表面水热碳层对磁性NiFe2O4八面体光催化活性的影响[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(11): 20220472. |
[14] | 姜珊, 申倩倩, 李琦, 贾虎生, 薛晋波. Pd增强缺陷态TiO2纳米管阵列的光催化产氢性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(10): 20220206. |
[15] | 邵文惠, 胡欣, 尚静, 林峰, 金黎明, 权春善, 张艳梅, 李军. 高效广谱复合光催化抗菌剂Ag-AgVO3/BiVO4的设计合成及抗菌机制[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(10): 20220132. |
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