一种富氧空位NaFeSi2O6光催化剂的制备与光还原Cr(VI)的方法

摘要

一种富氧空位NaFeSi2O6光催化剂的制备与光还原Cr(VI)的方法，属于光催化新材料技术领域。该方法包括如下步骤：以硅藻土和九水合硝酸铁分别为硅源和铁源，在NaOH溶液中，水热制备出NaFeSi2O6光催化剂。(2)再将NaFeSi2O6光催化剂经过机械球磨得到富氧空位的NaFeSi2O6光催化剂。以NaFeSi2O6光催化剂在可见光下(λ≥420nm)对浓度为70mg/L的Cr(VI)溶液进行光还原性能评价；本发明制备的富氧空位的NaFeSi2O6光催化剂具有条件温和、操作简单、成本低、对环境友好、性能提高显著、易于规模化量产等特点，具有良好的开发前景和工业化的应用潜质。

说明书

技术领域

本发明设计污水处理领域。具体是富氧空位的NaFe

背景技术

工业的快速发展带来严重水体污染问题，其中来自电镀、制革和印染等行业的Cr(VI)重金属离子最为广泛和严重，由于Cr(VI)的毒性大、难分解、且易在人体富集等特点，因此可以将Cr(VI)还原为毒性更低的Cr(III)。目前去除Cr(VI)的方式主要有：化学沉淀法、吸附法、离子交换法、电解法、膜分离和半导体光催化法。其中半导体光催化技术是近几年来发展起来的，利用太阳能进行环境净化的技术，具有能源可再生、对环境友好和成本低廉等优势。

光催化技术的核心就是光催化剂的设计。传统的光催化剂存在着各种缺点：如成本高，稳定性差，活性低以及会对环境产生二次污染等，这严重的限制了光催化剂的应用。因此寻找一种新型的光催化剂迫在眉睫。硅酸盐光催化剂是近几年来新开发的光催化剂，硅酸盐光催化剂不仅成本低廉原料丰富，而且催化剂对环境友好，不会对环境产生二次危害。

根据已报道ZnSiO

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过简单高能球磨法制备具有丰富富氧空位NaFe

本发明的另一个目的在于富氧空位的BM-NFS光催化剂能够有效的促进光生电子空穴的分离，提高光吸收范围和利用率，显著提升光催化还原Cr(VI)的效率。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

(1)将硅藻土和九水合硝酸铁分别为硅源和铁源，在NaOH溶液中，水热制备出NaFeSi

(2)再将NaFeSi

(3)NaFeSi

步骤1)中硅藻土与九水合硝酸铁的质量比为1：2.1-2.4。

步骤1)中氢氧化钠溶液浓度为40-60g/L；每0.45g硅藻土对应氢氧化钠溶液的体积30-50ml；

步骤1)中水热条件为180℃，30h。

步骤1)中将产物干燥的具体条件是：放入鼓风干燥箱中60℃下，保温12h。

步骤1)具体操作步骤为：将硅藻土加入到氢氧化钠溶液中，搅拌直至完全溶解，然后加入硝酸铁，使加入的硝酸铁和NaOH反应生成的Fe(OH)沉淀至硅藻土表面；转移至高压反应釜中的聚四氟乙烯内衬中，再放入鼓风干燥箱内，升温至180℃，并保持30h。待冷却至室温后，经过去离子水和乙醇洗涤数次。将黄绿色产品干燥。

步骤1)硅藻土还进一步预处理：

步骤2)中球磨条件是球料比50:1，转速为300rpm，球磨时间为30min。

步骤3)中光照条件为(λ≥420nm)，Cr(VI)浓度为70mg/L。所述光催化还原Cr(VI)的条件为：15mg光催化剂，50mL浓度为70mg/L的Cr(VI)溶液，再加入有30mg草酸。

本发明的目的是提供一种简单、可规模化生产的富氧空位的NaFeSi

附图说明

图1为实施例中NFS和BM-NFS的的X射线衍射图；

图2为实施例中NFS(a)和BM-NFS(b)的扫描电镜图；

图3为实施例中NFS和BM-NFS的紫外可见漫反射吸收光谱图；

图4为实施例中NFS和BM-NFS的禁带宽度谱图；

图5为实施例中NFS和BM-NFS的氮气吸附-解吸等温线图；

图6为实施例中NFS和BM-NFS的电子顺磁共振谱图；

图7为实施例中NFS和BM-NFS的光还原Cr(VI)活性谱图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

1)：硅藻土的预处理：将硅藻土原样在稀硫酸溶液中持续搅拌5h后，用去离子水连续洗涤至中性，60℃下烘干24h，然后备用。

取0.45g硅藻土和2.0g NaOH加入到40ml超纯水中，搅拌1h。

2)在步骤1)中得到的混合液不断地搅拌状态下，再1.010g Fe(NO

3)将步骤2)所得到的混合液原料转移至高压反应釜中的聚四氟乙烯内衬中，再放入鼓风干燥箱内，升温至180℃，并保持30h。待冷却至室温后，经过去离子水和乙醇洗涤数次。将黄绿色样品在鼓风干燥箱中60℃，干燥12h，将样品收集起来得到NaFeSi

4)称取0.2g步骤3)中所制备的NaFeSi

5)光催化性能的测定：在一个100ml的烧杯中，将15mg光催化剂和30mg草酸，加入50ml浓度为70mg/L的Cr(VI)溶液。光照之前，在黑暗下搅拌20min以达到吸附脱附平衡。然后将混合液置于氙灯下，在可见光下(λ≥420nm)照射下，每隔10min取一次2.6ml溶液，用0.22μm的滤头去除粉末来测定溶液中Cr(VI)浓度的变化。Cr(VI)浓度变化是通过DPC显色剂法测试，以二苯碳酰二肼为显色剂，用UV-3600Plus岛津紫外可见分光光度计在波长540nm下测定光还原Cr(VI)的浓度。

图1为NFS和BM-NFS的XRD谱图。从图中可以看出,所制备的NFS和BM-NFS的衍射峰位置分别位于13.9，20.0，29.9，30.8，35.5，36.3，41.0和42.7分别对应于NFS标准pdf卡片的(110)，(-111)，(-221)，(310)，(002)，(221)，(040)和(330)晶面，这表明成功制备出了NFS光催化剂。相较于NFS，BM-NFS衍射峰强度明显降低，这是由于球磨过程中NFS的化学结构发生了变化，致使结晶性变弱，XRD谱图结构表明球磨可以降低NFS结晶性。

图2为NFS和BM-NFS的SEM谱图。从图中可以看出，NFS的形貌为独特的针束状，并且叠加和团聚在一起，每束的尺寸长度大约为2μm。而对NFS进行球磨后，形貌发生了较大的改变，由针束状转变为无规则球状的BM-NFS。

图3为NFS和BM-NFS的N

图4为NFS和BM-NFS的EPR图。从图中可以看出球磨后的BM-NFS的EPR信号明显增强，这是表明了在BM-NFS出现更多的氧空位缺陷。

图5为NFS和BM-NFS的紫外可见漫反射谱图。从图中可以看出，相较于NFS，球磨后的BM-NFS的紫外可见漫反射谱图发生了明显的蓝移，光吸收范围得到拓宽，这是因为BM-NFS表面产生了更多的氧缺陷所导致的。

图6为NFS和BM-NFS的禁带宽度图。从图中可以看出球磨后BM-NFS禁带宽度变窄，由2.49eV变为2.41eV。

图7为NFS和BM-NFS以及空白样品的光催化还原Cr(VI)的活性图。在可见光(λ≥420nm)照射条件下，以草酸为空穴捕获剂，未球磨的NFS光催化在30min对Cr(VI)的光还原率达到13％，而球磨后BM-NFS光催化剂在30min内对Cr(VI)的光催化率高达99％，这表明了BM-NFS优异的光催化还原Cr(VI)性能。

以上所述，仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明的作任何形式上的限制，凡是依据本发明技术的实质而做出的任何改进和修饰，均属于本发明技术方案的范围内。