一种制备碘七氧化五铋/锰锌铁氧体复合磁性光催化材料的方法技术

一种制备碘七氧化五铋/锰锌铁氧体复合磁性光催化材料的方法，其属于无机催化材料领域。本发明专利技术先用水热法制备了软磁性材料锰锌铁氧体MnxZn1‑xFe2O4，再通过水热‑焙烧法制备出了碘七氧化五铋/锰锌铁氧体Bi5O7I/MnxZn1‑xFe2O4复合磁性光催化材料，最后经过干燥和研磨得到磁性材料样品。本发明专利技术方法制备工艺简单、使用设备少、能耗低。制备的Bi5O7I/MnxZn1‑xFe2O4磁性能稳定、比表面积大、光催化活性高，在模拟太阳光氙灯照射下，用0.1g制备的复合磁性光催化剂降解100mL浓度为10mg/L的罗丹明B溶液，光照120min对罗丹明B的降解率达到98.7％，在外加磁场下对光催化剂的磁回收率为90.1％，重复使用3次后对罗丹明B的降解率为87.2％。本发明专利技术制备出的产品可广泛用于光催化降解有机污染物领域。

【技术实现步骤摘要】
一种制备碘七氧化五铋/锰锌铁氧体复合磁性光催化材料的方法
本专利技术涉及一种制备碘七氧化五铋/锰锌铁氧体(Bi5O7I/MnxZn1-xFe2O4)复合磁性光催化材料的方法，属于无机环境光催化材料

技术介绍
碘七氧化五铋(Bi5O7I)作为新型的纳米光催化材料，属于富氧型铋基卤氧化物，主要有正交相的α-Bi5O7I和单斜相的β-Bi5O7I，且α-Bi5O7I比β-Bi5O7I的光催化活性能更优异。Bi5O7I导带底部由Bi6p轨道组成，价带顶部主要由Bi6s、O2p和I5p轨道组成。Bi5O7I具有高活性光催化活性能主要是因为Bi6s和O2p轨道会形成大量分散的杂化价带，有利于光生空穴的迁移和发生氧化反应，而将I5p轨道引入到价带中后进一步分散了价带并增加了光生空穴的迁移率。Bi5O7I较高的导带位置有利于O2被还原为O2-，且多Bi和多O结构使其反应速率进一步提升。其制备方法包括：水热法、共沉淀法、焙烧法等。光催化剂在反应体系中均匀分布于液体中，难以分离和回收再利用是制约光催化剂应用进程的主要因素。复合磁性光催化剂通过外加磁场实现催化剂的回收再利用，克服了常规过滤回收方式工艺复杂、能耗较大且回收率低的缺点。锰锌铁氧体(MnxZn1-xFe2O4)属于软磁铁氧体材料，与传统金属软磁材料(Fe3O4)相比具有高饱和磁化强度、高磁导率、低矫顽力、低损耗、生产成本低、产品稳定性强等优点，因此以MnxZn1-xFe2O4为磁性基体制备的复合光催化材料具有稳定的磁性，便于催化剂的回收和循环使用。目前，常见的MnxZn1-xFe2O4制备方法包括共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法、煅烧法[56]等。目前，对于Bi5O7I的研究主要集中在提高其活性，而研究如何制备Bi5O7I的复合磁性光催化剂的报道较少。如“JOURNALOFMATERIALSSCIENCE：MATERIALSINELECTRONICS”2018年第29卷中的“EnhancedphotocatalyticperformanceofZ-schemeCu2O/Bi5O7Inanocomposites”(对比文件1)，采用焙烧法制备出纯Bi5O7I，然后再复合得到Cu2O/Bi5O7I复合光催化剂。该方法的不足之处在于：(1)制备Bi5O7I时是将碘化钾(KI)的乙二醇溶液缓慢滴加到五水硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)的乙二醇溶液中并在高压釜反应24h(120℃)形成前驱体，然后再洗涤、焙烧制得，前驱体在有机溶剂乙二醇体系中反应生成，不仅成本高、能耗高，而且会产生高浓度有机废水；(2)制备的Bi5O7I催化活性不高，120min对罗丹明B的降解率仅为52％，与氧化亚铜的复合物Cu2O/Bi5O7I的降解率为95.5％；(3)光催化剂难以实现回收再利用，运行成本较高。又如专利技术专利“一种锰锌铁氧体-氧化铋磁性光催化剂的制备方法”(公开号：CN104437536A)(对比文件2)，以焙烧法制备锰锌铁氧体，然后采用浸渍焙烧法制备锰锌铁氧体/氧化铋复合磁性光催化剂。该方法的不足之处在于：(1)锰锌铁氧体是在1200℃焙烧3h制得，能耗高；(2)利用焙烧法制备的锰锌铁氧体样品颗粒尺寸本身较大，比表面积较小，不利于锰锌铁氧体与氧化铋的充分结合，无法保证结合的稳定性；(3)采用焙烧法制备复合磁性光催化剂，导致复合磁性光催化剂比表面积较小，不利于光催化降解过程中催化剂与有机污染物的充分接触和反应。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对Bi5O7I催化活性不高及难以回收的问题，提出一种Bi5O7I/MnxZn1-xFe2O4复合磁性光催化剂的制备方法，制备方法简单、成本低。制备的Bi5O7I/MnxZn1-xFe2O4复合磁性光催化剂在模拟太阳光照射下具有较高的光催化效率，且便于通过外加磁场从液相体系中分离和回收，回收后的催化剂仍具有较高的光催化活性。该方法既简易高效的实现了资源再利用，又避免了催化剂可能带来的二次污染。本专利技术Bi5O7I/MnxZn1-xFe2O4的制备方法如下：(1)MnxZn1-xFe2O4的制备采用水热法制备MnxZn1-xFe2O4，按照摩尔比ZnO：MnO：Fe2O3＝13.3：32.8：53.9，分别称取0.9652g硫酸锌、1.386g硫酸锰、5.3884g硫酸铁，加入50mL去离子水，超声振荡使其溶解得到混合溶液；在磁力搅拌的作用下，向混合溶液中滴加一定浓度的NaOH，调节溶液的pH为13，继续搅拌15min；将搅拌后的溶液转移至100mL的反应釜中，在200℃下反应5h，反应完成后冷却、抽滤，分别用蒸馏水和乙醇洗涤7次，在80℃下干燥12h，最后研磨得到MnxZn1-xFe2O4。(2)Bi5O7I/MnxZn1-xFe2O4复合磁性光催化材料的制备分别量取5mL的乙二醇和35mL蒸馏水混合得到混合液A，称取0.97g的Bi(NO3)3·5H2O加入到A中，超声5分钟，得到悬浊液B；称取0.332g的KI加入到悬浊液B中，搅拌5分钟，得到悬浊液C；称取占复合物质量比例为5％～15％的第(1)步制备的MnxZn1-xFe2O4加入悬浊液C中，搅拌60分钟后转移到100mL反应釜内胆中，在160℃下反应12h，室温下冷却、抽滤，用蒸馏水洗涤多次，并于80℃下烘干5h；将烘干样研磨后放入100mL陶瓷坩埚，置于马弗炉中，在480℃焙烧2h，得到Bi5O7I/MnxZn1-xFe2O4样品。本专利技术采用上述技术方案，主要有以下效果：(1)本专利技术方法制备的Bi5O7I/MnxZn1-xFe2O4复合磁性光催化剂具有较高的光催化活性，在模拟太阳光氙灯照射下，0.1g制备的Bi5O7I/MnxZn1-xFe2O4复合磁性光催化分散于100mL浓度为10mg/L的罗丹明B溶液中，光照120min后对罗丹明B的降解率达到98.7％(优于对比文件1制备的Cu2O/Bi5O7I复合光催化剂)。(2)本专利技术方法制备的Bi5O7I/MnxZn1-xFe2O4复合磁性光催化剂在外加磁场作用下的回收率高达90.1％，且3次重复使用后的降解率仍达到87.2％。(3)本专利技术方法制备的Bi5O7I/MnxZn1-xFe2O4复合磁性光催化剂，其平均晶粒尺寸为71.3nm，比表面积为7.07m2/g，其制备操作简单，所需设备少，能耗低。附图说明图1为MnxZn1-xFe2O4、Bi5O7I和Bi5O7I/MnxZn1-xFe2O4的X射线衍射图谱。图2为MnxZn1-xFe2O4、Bi5O7I和Bi5O7I/MnxZn1-xFe2O4的红外光谱图。图3为MnxZn1-xFe2O4和Bi5O7I/MnxZn1-xFe2O4的磁性样品的磁滞回归线图。具体实施方式下面结合具体实施方式，进一步说明本专利技术。实施例1一种制备Bi5O7I/MnxZn1-xFe2O4复合磁性催化材料的制备，具体步骤如下：(1)MnxZn1-xFe2O4的制备采用水热法制备MnxZn1-xFe2O4，按照摩尔比ZnO：MnO：Fe2O3＝13.3：32.8：53.9，分别称取0.9652g硫酸锌、1.386g硫酸锰、5.3884g硫酸铁，加入50mL去离子水，超声振荡使其溶解得到混合溶液；在磁力搅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备碘七氧化五铋/锰锌铁氧体复合磁性光催化材料的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)锰锌铁氧体的制备采用水热法制备锰锌铁氧体MnxZn1‑xFe2O4，按照摩尔比ZnO：MnO：Fe2O3＝13.3：32.8：53.9，分别称取0.9652g硫酸锌、1.386g硫酸锰、5.3884g硫酸铁，加入50mL去离子水，超声振荡使其溶解得到混合溶液；在磁力搅拌的作用下，向混合溶液中滴加一定浓度的NaOH，调节溶液的pH为13，继续搅拌15min；将搅拌后的溶液转移至100mL的反应釜中，在200℃下反应5h，反应完成后冷却、抽滤，分别用蒸馏水和乙醇洗涤7次，在80℃下干燥12h，最后研磨得到MnxZn1‑xFe2O4；(2)碘七氧化五铋/锰锌铁氧体复合磁性光催化材料的制备分别量取5mL的乙二醇和35mL蒸馏水混合得到混合液A，称取0.97g的Bi(NO3)3·5H2O加入到A中，超声5分钟，得到悬浊液B；称取0.332g的KI加入到悬浊液B中，搅拌5分钟，得到悬浊液C；称取占复合物质量比例为5％～15％的第(1)步制备的MnxZn1‑xFe2O4加入悬浊液C中，搅拌60分钟后转移到100mL反应釜内胆中，在160℃下反应12h，室温下冷却、抽滤，用蒸馏水洗涤多次，并于80℃下烘干5h；将烘干样研磨后放入100mL陶瓷坩埚，置于马弗炉中，在480℃焙烧2h，得到碘七氧化五铋/锰锌铁氧体Bi5O7I/MnxZn1‑xFe2O4样品。...

【技术特征摘要】
1.一种制备碘七氧化五铋/锰锌铁氧体复合磁性光催化材料的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)锰锌铁氧体的制备采用水热法制备锰锌铁氧体MnxZn1-xFe2O4，按照摩尔比ZnO：MnO：Fe2O3＝13.3：32.8：53.9，分别称取0.9652g硫酸锌、1.386g硫酸锰、5.3884g硫酸铁，加入50mL去离子水，超声振荡使其溶解得到混合溶液；在磁力搅拌的作用下，向混合溶液中滴加一定浓度的NaOH，调节溶液的pH为13，继续搅拌15min；将搅拌后的溶液转移至100mL的反应釜中，在200℃下反应5h，反应完成后冷却、抽滤，分别用蒸馏水和乙醇洗涤7次，在80℃下干燥12h，最后研磨得到MnxZn1-xFe2O4；(2)碘七氧化五铋/锰锌铁氧体复合磁性光催化材料的制备分别量取5mL的乙二醇和3...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐龙君，王海龙，刘成伦，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50