纳米铁酸锌的共沉淀法制备及其光催化性能

纳米铁酸锌的共沉淀法制备及其光催化性能张启伟【摘要】采用简便易行的共沉淀法制备了铁酸锌纳米颗粒,考察了其对亚甲基蓝溶液的光催化降解性能.SEM和XRD分析结果表明,所制备的产品纯度较高,微观形貌为直径约100~200 nm的尖晶石型铁酸锌纳米颗粒;样品的FTIR谱图中有明显的金属-氧键的特征峰.所制备的纳米铁酸锌颗粒对亚甲基蓝溶液的光催化降解能力较强,弱酸性体系有助于染料溶液的降解.100 mL 10 mg/L的亚甲基蓝溶液在pH值为5,纳米铁酸锌催化剂加入量为30 mg,可见光光催化降解3h后的降解率达到92.1%.%Zinc ferrite nanoparticles were prepared by a facile coprecipitation method,and their photocatalytic performance on degradation of methylene blue solution was studied.SEM and XRD analyses show that the pre-pared products are spinel zinc ferrite with high purity and nanoparticles with about 100 to 200 nm in diame-ters.Moreover, FTIR spectrum has obvious characteristic peaks attributed to the metal-oxygen bonds.The prepared nanoparticles have strong ability to photocatalytic degradation of methylene blue solution, and the weak acid system was helpful to the degradation of dye solution.Under visible light irradiation for 3 hours,the photocatalytic degradation rate of methylene bluesolution(100 mL 10 mg/L, pH =5)reachs 92.1%after adding 30 mg of nano zinc ferrite.【期刊名称】《大连交通大学学报》【年(卷),期】2018(039)002【总页数】4页(P99-102)【关键词】铁酸锌;纳米颗粒;共沉淀;可见光催化;亚甲基蓝【作者】张启伟【作者单位】中国铁路济南局集团有限公司青岛机务段,山东青岛266021【正文语种】中文0 引言作为一种新型窄带隙半导体材料，纳米铁酸锌在磁性、光催化、储能等领域已得到广泛研究与应用. Deng等利用简便一步溶剂热法调控制备出单分散铁酸盐微球MFe2O4(M= Fe, Mn, Co, Zn)，这些亲水性和生物相容性微纳米材料在高级磁性材料、铁磁流体技术以及生物医学等领域将有广泛的应用[1]. Valenzuela等制备、表征了铁酸锌纳米材料，并研究了其对苯酚的光催化降解性能[2]. Sharma等和NuLi等分别制备并研究了铁酸锌作为Li离子电池电极材料的电化学性能[3- 4]. 铁酸盐纳米材料的制备方法有机械球磨法[5]、溶胶-凝胶法[6-7]、溶剂热法[8]、化学气相沉积法[9]和微波辅助燃烧法[10]等等，每种方法都有其优势与不足，如有的方法所制备的产品杂质较多，有的方法手续繁琐、操作费时，有的方法需要高温高压的苛刻反应条件等等.本文采用简便易行的共沉淀方法，制备出了纯净的尖晶石型颗粒状纳米铁酸锌，并研究了其对染料亚甲基蓝溶液的可见光光催化性能.1 实验部分1.1 药品及仪器Zn(NO3)2·6H2O，Fe(NO3)3·9H2O，NaAc，乙二醇，无水乙醇(均为分析纯)，X射线衍射仪(Shimadzu LabX-6000日本)，扫描电镜(Quanta 200 FEG美国)，傅里叶变换红外光谱仪(BRUKER VERTEX 70德国)，电子天平(梅特勒-托利多仪器有限公司)，台式离心机(TG16-WS长沙湘仪离心机有限公司)，2000型分光光度计(尤尼柯(上海)仪器有限公司).1.2 铁酸锌纳米材料的制备方法称取4.04 g Fe(NO3)3·9H2O和1.48 g Zn(NO3)2·6H2O溶解在200 mL蒸馏水中，用氢氧化钠调节溶液pH值至9，磁力搅拌12 h并静置至出现明显分层. 使用台式高速离心机离心分离，去离子水洗涤4～5次.将所得到的沉淀80℃干燥12 h，取出沉淀置于坩埚中，650℃煅烧6 h.所得产物用玛瑙研钵充分研磨成细小粉末状.1.3 铁酸锌纳米材料的表征方法通过SEM对制备出的纳米铁酸锌样品进行微观形貌和尺寸的观察和分析. 利用XRD对样品的纯度和晶体结构进行测试分析. 采用FTIR对样品中的化学键进行扫描分析.1.4 纳米铁酸锌的光催化性能测试以亚甲基蓝染料溶液作为目标污染物，首先利用分光光度计测定溶液的吸收光谱曲线，确定测定波长. 然后在室温条件下，一定量的催化剂铁酸锌颗粒加入亚甲基蓝染料溶液中(10 mg/L)，进行可见光光催化性能研究. 首先将反应溶液于暗室中搅拌40 min后到达吸附平衡，接着打开模拟太阳光源(氙灯)进行照射. 在3 h的光催化降解过程中，每间隔30 min 取3 mL反应液，以高速离心机(转速9 000 转/min，时间5 min)分离出催化剂得到澄清溶液. 测定反应液在亚甲基蓝溶液最大吸收波长处的吸光度值，通过计算公式R = (A0-At)/A0×100% 考察纳米铁酸锌颗粒对亚甲基蓝溶液的光催化性能. 其中：R为亚甲基蓝溶液的降解率，A0为溶液的起始吸光度，At为溶液在t时刻的吸光度.2 结果与讨论部分2.1 铁酸锌纳米颗粒的表征2.1.1 SEM表征(a)未研磨(b)研磨后图1 共沉淀法制备铁酸锌纳米材料的SEM图利用扫描电子显微镜对制备出的纳米材料进行了微观形貌表征. 从图1(a)中可以发现，产品的微观形貌是颗粒状，部分团聚成大块颗粒，经充分研磨后催化剂颗粒尺寸均为100～200 nm，且整体分散性较好(如图1(b)). 说明利用共沉淀法可以制备出颗粒尺寸均一、分散性较好的纳米铁酸锌光催化剂.2.1.2 XRD谱图通过特征衍射峰的位置和强度可以了解样品的晶型和纯度. 如图2所示，样品的各个衍射峰与尖晶石型铁酸锌样品的JCPSD标准卡片(22-1012)一一对应. 其中衍射角2θ角在29.78°、35.22°、36.78°、42.81°、53.19°、56.61°和62.18°处分别与铁酸锌的(220)、(311)、(222)、(400)、(422)、(511)和(440)晶面相对应. 谱图中未见杂质峰，说明所制备的纳米材料比较纯净.图2 共沉淀法制备铁酸锌纳米材料的XRD图2.1.3 FTIR分析纳米铁酸锌在4 000～450 cm-1范围内的红外光谱如图3所示. 在569 cm-1和465 cm-1两处的特征峰归属于铁酸锌晶体中Fe-O键和Zn-O键，说明尖晶石型铁酸锌被成功制备出来. 3405和1 447cm-1是吸附的水分子和表面羟基的特征峰，2 364 cm-1是空气中或催化剂表面吸附的痕量CO2的特征峰[11]. 此外2973和1 048 cm-1两处强度不高的杂质峰说明所制备的纳米铁酸锌催化剂纯度还是比较高的.图3 共沉淀法制备铁酸锌纳米材料的FTIR图2.2 纳米铁酸锌光催化性能考察2.2.1 亚甲基蓝溶液的吸收光谱曲线亚甲基蓝溶液的吸收光谱曲线如图4所示，在400～800 nm的可见光谱区有两个特征峰，668nm是其最大吸收波长，以此作为测定波长灵敏度比较高，误差较小. 因此，在668 nm处测定亚甲基蓝溶液的吸光度，在朗伯-比尔定律A=εbc中，当摩尔吸光系数ε和比色皿的厚度b为定值时，吸光度A与浓度c具有正比关系，所以通过吸光度A的变化可以计算亚甲基蓝溶液的光催化降解率.图4 亚甲基蓝溶液的吸收光谱曲线2.2.2 不同用量纳米铁酸锌对亚甲基蓝溶液的催化性能考察如图5所示，在没有催化剂只有氙灯照射的条件下，亚甲基蓝溶液的光降解率只有53.6%，在加入铁酸锌催化剂(加入量分别为10、30、50mg)的条件下亚甲基蓝溶液的光催化降解率迅速提高，在前半个小时降解速度最快，经过3 h的光催化降解后，30 mg的催化体系溶液的降解率最高，达到90.2%. 10 mg的催化剂用量不够，而50 mg的催化剂用量又过多，多余的催化剂影响了光的照射及染料的吸附和降解，使得光催化效率降低，所以纳米铁酸锌的最佳用量是30 mg.图5 不同催化剂用量对亚甲基蓝溶液降解率的影响2.2.3 溶液pH值对亚甲基蓝溶液降解率的影响亚甲基蓝溶液浓度为10 mg/L，催化剂的加入量为30 mg, 调节溶液的pH值，溶液的降解率如图6所示.溶液酸度在中性到酸性条件下，亚甲基蓝的降解率较高，而碱性条件不利于染料溶液的降解.在溶液pH值为5时，亚甲基蓝溶液的降解率最高达到92.1%. 亚甲基蓝水溶液的pH大约为7，在弱酸到中等酸度的条件下，过量的H+与结合生成进一步转化成OH·，而和这三种自由基均可氧化亚甲基蓝，提高了降解体系的光催化氧化能力，故pH值为5时溶液的降解率最高. 但是当体系的酸度进一步增加，pH下降到3时，溶液中H+的量增大，OH-的浓度显著降低，致使铁酸锌催化剂表面的活性基团OH·的数量减少，所以亚甲基蓝溶液被氧化的程度有所减弱. 而碱性条件不利于的生成，使得具有氧化性的自由基数量减少，亚甲基蓝溶液的降解率降低.图6 溶液pH对亚甲基蓝溶液降解率的影响3 结论(1)利用简便易行的共沉淀方法制备出了尖晶石型铁酸锌纳米颗粒，直径约为100～200 nm，产品纯度较高；(2)所制备的纳米铁酸锌颗粒对亚甲基蓝溶液的光催化降解能力较强，弱酸性体系有助于染料溶液的降解；(3)100 mL 10 mg/L的亚甲基蓝溶液在pH值为5，纳米铁酸锌催化剂加入量为30 mg, 可见光光催化降解3 h后的降解率达到92.1%.参考文献：[1]DENG H, LI X L , PENG Q, et al. Monodisperse magnetic single-crystal ferrite microspheres [J]. Angew.Chem. Int. Ed.， 2005, 44: 2782-2785.[2]VALENZUELA M A, BOSCH P, JIMENEZ-BECERRILL J, et al. Preparation, characterization and photocatalytic activity of ZnO, Fe2O3 and ZnFe2O4 [J]. J. Photochem. Photobiol A., 2002, 148: 177-182.[3]SHARMA Y, SHARMA N, SUBBA RAO G V, et al. Li-storage and cyclability of urea combustion derived ZnFe2O4 as anode for Li-ion batteries [J]. Electrochim. Acta ，2008, 53: 2380-2385.[4]NULI Y N, CHU Y Q, QIN Q Z. Nanocrystalline ZnFe2O4 and Ag-Doped ZnFe2O4 films used as new anode materials for Li-ion batteries [J]. J. Electrochem. Soc., 2004, 151(7): A1077-A1083.[5]YANG H M , ZHANG X C, HUNG C H. Synthesis of ZnFe2O4nanocrystallites by mechanochemical reaction [J]. J. Phys. Chem. Solids, 2004, 65: 1329-1332.[6]VEITH M, HAAS M, HUCH V. Single source precursor approach for the sol-gel synthesis of nanocrystalline ZnFe2O4 and zinc-iron oxide composites [J]. Chem. 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纳米铁酸锌的制备及其性能的研究中文摘要随着科学技术的不断进步,无线电通讯、计算机等各种高新电子产品得以广泛应用,不同波长的电磁波充斥于大气环境中,对于微波吸收材料的研究越来越受到人们的关注。

尖晶石型纳米铁酸锌是一类重要的吸波材料,它在抗电磁波辐射中可以作为优良的吸波剂,同时也是一类重要的催化剂。

本文利用溶胶.凝胶法和共沉淀法制备纳米铁酸锌粉体。

通过.热分析、射线衍射、透射电子显微镜和扫描电子显微镜对纳米级的粉体结构和形貌进行了研究。

在此基础上进行了,,的掺杂实验,并研究了掺杂后纳米铁酸锌复合物的吸波、光催化等综合性能,为吸波纺织品的研究提供了重要参考。

主要研究工作和成果如下:以硝酸锌,硝酸铁,尿素,氨水等为原料,利用溶胶.凝胶法和共沉淀法制备纳米铁酸锌前躯体,选择最佳的制备工艺,并通过不同的煅烧温度制备出尖晶石型的纳米铁酸锌颗粒。

收稿日期:2018-12-25基金项目:国家自然科学基金项目(51768018)作者简介:鲁秀国(1964—),男,教授,博士,研究方向为水污染控制的研究。

酸洗废液制备纳米铁酸锌及光催化实验研究鲁秀国,张耀,盘贤豪,朱芃芃(华东交通大学土木建筑学院,江西南昌330013)摘要:以铁作还原剂、氯酸钠作氧化剂预处理盐酸酸洗废液,利用共沉淀法制备铁酸锌(ZnFe 2O 4)前驱体,而后在不同温度下煅烧得到纳米ZnFe 2O 4晶体,将ZnFe 2O 4用于光降解玫瑰红B 染料的实验研究中。

结果表明,高温条件下制备的纳米ZnFe 2O 4具有较好的晶型和分散性,同一温度下煅烧得到的产品粒径均匀。

在对玫瑰红B 模拟废水的光催化处理中,0.2g/L 的ZnFe 2O 4用量,表现出较好的催化性,经4次重复实验后,其催化效率仅降低10%左右,表明ZnFe 2O 4具有良好的稳定性。

关键词:盐酸酸洗废液;共沉淀法;ZnFe 2O 4;玫瑰红B中图分类号:载703文献标志码:A 第36卷第3期2019年6月华东交通大学学报Journal of East China Jiaotong University Vol.36No.3Jun .,2019文章编号:1005-0523(2019)03-0099-05盐酸酸洗废液是指为了清除金属表面氧化物,采用盐酸对钢铁表面进行酸洗处理时而产生的废液[1]。

该酸洗废液含有大量的H +,Cl -,Fe 2+以及少量的Zn 2+,Mn 2+,Fe 3+等金属离子,如不妥善处理,进入环境中,将严重污染水环境以及土壤环境。

目前,对酸洗废液的处理方法,主要是物理法和化学法。

物理法应用较多的是焙烧法[2]、蒸发法[3]和结晶法[4]。

但物理法的工艺复杂,运行成本高,对废液中的金属离子资源化利用率较低。

化学法主要是通过化学反应将酸洗废液中的金属离子转化成化工产品[5],目前,酸洗废液被广泛研究应用于铁系混凝剂[6]或者制备铁系颜料[7]等材料。

实验3 均匀沉淀法制备ZnO 纳米材料ZnO 是一种重要的II-VI 族半导体氧化物，属于宽带隙直接带材料（E g ≥ 2.3 eV ），广泛地应用于日常用品、塑料橡胶、太阳能电池、陶瓷工业、探测材料、压电材料、光波导以及军事隐形等方面。

ZnO 的研究主要集中在光电性质、光催化性质、气体探测器以及应用陶瓷等方面。

纳米材料的兴起，使ZnO 纳米材料的制备与应用方面的研究受到了广泛地关注。

本实验以尿素为沉淀剂，利用均匀沉淀法来制备纳米ZnO 粉体材料。

一、实验目的(1)、了解均匀沉淀法的基本原理，利用均匀沉淀法制备ZnO 纳米材料；(2)、了解X 射线粉末衍射(XRD)仪的组成，熟悉测试的一般步骤；(3)、掌握利用Jade 软件进行物相检索的一般步骤。

二、实验原理均匀沉淀法是利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢地、均匀地释放出来。

所加入的沉淀剂不直接与被沉淀组分发生反应，而是通过化学反应使沉淀剂在整个溶液中均匀地、缓慢地析出。

均匀沉淀法制备得到的产物粒子粒径分布较窄，分散性好。

本实验以硝酸锌为原料，尿素为沉淀剂，制备ZnO 纳米粉体材料。

制备过程可分为如下三个方面：(1)、尿素分解反应：()223222ΔCO NH + 3H O 2NH H O + CO ⎯⎯→↑i ； (2)、沉淀反应：()2++3242Zn + 2NH H O Zn OH + 2NH ⎯⎯→↓i ；(3)、热分解反应：()22ΔZn OH ZnO + H O ⎯⎯→↑ 三、实验仪器与试剂(1)、仪器恒温磁力搅拌器，磁子，电子天平，电热鼓风干燥箱，马弗炉，电动离心机，烧杯，量筒(50 mL)，坩埚，圆底烧瓶(150 mL)，球形冷凝管，胶管；(2)、试剂硝酸锌，尿素，蒸馏水，乙醇。

四、实验步骤(1)、按硝酸锌浓度~0.1 mol/L 、尿素浓度~0.4 mol/L ，配置50 mL 混合溶液（其中硝酸锌称取4 g ，尿素2.4 g 溶于蒸馏水中，总体积调为~50 mL ），将混合液装入圆底烧瓶中。

第28卷 第4期Vo l 128 No 14材 料 科 学 与 工 程 学 报Journal of M aterials Science &Engineering 总第126期Aug.2010文章编号:1673-2812(2010)04-0605-04掺铁纳米氧化锌的制备及其光催化性能刘翠萍(天津城市建设学院材料系基础化学教研室,天津 300384)=摘 要> 采用共沉淀法制备了纯纳米ZnO 和掺铁纳米ZnO,并用X 射线衍射光谱进行了表征。

用紫外灯作为光源,甲基橙溶液为光催化反应模型降解物,研究了ZnO 及掺铁ZnO 的光催化性能,并考察了前驱体焙烧温度、铁掺杂量、底物浓度、光照时间以及pH 对降解率的影响。

结果表明,掺杂铁离子提高了ZnO 的光催化活性,400e 热处理的掺杂铁0.5%(质量比)的ZnO 的光催化性能最好;当甲基橙初始浓度为5m g/L,光照时间3h,掺杂铁0.5%(质量比)的ZnO 粉末对甲基橙的降解率达到84%;掺铁纳米ZnO 在弱酸性条件下的催化效果比碱性条件下更好。

=关键词> 共沉淀法;氧化锌;甲基橙;光催化降解;铁掺杂中图分类号:T B383 文献标识码:APreparation and Photocatalysis Properties of ZnO and Fe -doped ZnOLIU Cu -i ping(Department of Materials Engineering,Institute of Tianjin Urban Construction,Tianjin 300384,China)=Abstract > Pure ZnO and differ ent Fe -doped ZnO nanopar ticles w er e prepared by direct precipitation method w ith ZnSO 4,NH 4H CO 3and Fe 2(SO 4)3#7H 2O as the r aw materials.T he str uctures w ere character ized by X -ray diffractom etry.T he pho to cataly tic perform ance of different Fe -ZnO samples w as studied using an ultraviolet lamp as illumination device and methyl o rang e as stimulant pollutant.The effects of calcining temperatur e of different precursors,initial m ethyl or ange concentratio ns,do ping amounts of Fe and pH values on the deg radatio n rate of methy l orange w ere investigated.It is found that in the doped samples (Fe -doping range of 0.5%~7.5%)at 400e ,0.5%Fe -ZnO is the most active.T he degradation rate of methy l orang e can r each to 84%by initial m ethyl orang e concentration 0.5mg /l in 3h.The suitable condition o f pH is w eak acidity.=Key words > direct precipitation method;zinc ox ide;methyl orange;photo cataly tic degradation;Fe -doped ZnO收稿日期:2009-09-28;修订日期:2010-01-04作者简介:刘翠萍,女,讲师,E -mail:liucu ipingcamellia@ 。