[發明專利]一種用于降解有機污染物的α-Fe2O3/Fe光催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201910369715.7
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110038572A
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 程雅慧;張瑞;劉暉
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01J35/10;C02F1/30;C02F1/72;C02F101/34;C02F101/36;C02F101/38
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本發明提供了一種用于降解有機污染物的α?Fe₂O₃/Fe光催化劑及其制備方法，本發明所制備的催化劑α?Fe₂O₃/Fe為納米片結構，大大增加了反應時與有機污染物的接觸面積和活性位點數量，提高了有機物的降解速率；降解有機物的驅動力為光照，不需要其他外部能源消耗，是一種高效、節能、環保的有機物降解過程；本發明所涉及的光催化劑通用性強，對較大pH范圍內的有機廢水中有機物的都有很好的降解效果。

技術領域

本發明提供一種用于降解有機污染物的α-Fe₂O₃/Fe光催化劑及其制備方法，可應用于污水深度處理領域。

背景技術

隨著染料和顏料在紡織、印刷、食品加工等方面的廣泛應用，導致環境特別是水資源受到污染。大多數染料具有致癌、致突變和微毒性，即使在水中濃度非常低，也對人類和水生生態系統有嚴重的危害。目前，從污水中去除和處理有機污染物的方法主要有物理法、化學法和生物法，如微濾、超濾、反滲透、離子交換、好氧和厭氧處理等方法。這些方法在去除過程中有可能產生比原來污染物危害性更強的二次污染物。各種去除方法中，高級氧化工藝(AOPs)已被普遍認為是一個成本低廉且有效的方法，通過產生高活性的羥基自由基，來實現完全降解有機污染物，減少二次污染物產生(J.Mater.Chem.A.2015，3：8537-8544)。

半導體光催化是解決能源危機和環境污染問題的有利技術，是一種高效、綠色的太陽能技術。近年來，α-Fe₂O₃由于其含量豐富，低成本，抗腐蝕性，良好的化學穩定性，以及優良的環境兼容性等特性，被廣泛應用在光催化(光解水和光降解有機物)、氣體傳感器、場發射器件、鋰電池電極等領域。更重要的是，α-Fe₂O₃擁有較窄的帶隙(2.1eV)，可以充分利用可見光。然而，盡管擁有這些優點，α-Fe₂O₃也存在一些缺陷，比如較慢的反應動力學，弱的電荷輸運和分離特性以及非常小的空穴擴散長度(2-4nm)，使其實際應用受到很大的限制。因而，目前為止，越來越多的研究致力于通過各種策略和方法，如調節α-Fe₂O₃的紋理和形貌(增加光吸收和比表面積)、與其它半導體材料構建異質結構(調節能帶結構，促進光生載流子輸運和分離)等(Inorg.Chem.2011，50：10143-10151)，來制備高催化活性α-Fe₂O₃基光催化劑以克服這些缺點。

發明內容

為提高α-Fe₂O₃光生載流子的分離，解決動力學反應緩慢問題，需要構建高效穩定α-Fe₂O₃基復合光催化劑。本發明提供一種用于降解有機污染物的α-Fe₂O₃/Fe納米復合材料光催化劑，具有良好的光催化降解有機物的能力。α-Fe₂O₃/Fe光催化劑為納米片結構，比表面積為60～150m²/g，納米片直徑為50～300nm，厚度為2～8nm，其中α-Fe₂O₃沿(110)方向擇優生長，α-Fe₂O₃與Fe的質量比為1∶0.5～1∶1.5。

本發明所提供的一種用于降解有機污染物的α-Fe₂O₃/Fe納米復合材料光催化劑的制備方法包括以下步驟：

1)采用氧化還原法制備Fe納米片；

1.1)將可溶性亞鐵鹽水溶液與醇溶劑均勻混合得到混合溶液I，所述的可溶性亞鐵鹽水溶液濃度為0.01～0.05mol/L，醇溶劑為乙醇、乙二醇、丙三醇中的一種或幾種，體積為300～500mL/L。