第42卷第-期太原科技大学学报Vol.22No.I ZO/l年2%JOURNAL OF TAIDUAN UNIDERSIDY OF SCIPNCE AND TECHNOLOGY Feb.OO/l
文章编号：1273-2257(2221)21-0295-22
ZnFe2O2/AuPO2的制备及其
郑宇翔，关梦圆，任永恒，白娟，张凯欣，景泓菲，高竹青
(1.太原科技大学化学与生物工程学院，太原030022；.太原理工大学环境科学与工程学院，太原0306001
摘要：通过微波水热法合成了ZnFpO4/Ay3PO4复合材料，进行了XRD、红外及紫外-可见漫反射表征。并用含14%ZnFe2O4的复合材料对50ppm的罗丹明B(RhoPamioc B)、甲基橙(Methyl Orange)、 亚甲基蓝(Methylene Blue)染料在模拟太阳光的条件下进行光催化降解。实验结果表明：在降解甲基橙 (阴离子型染料)2h后降解率仅达20%，降解亚甲基蓝(阳离子型染料)2h后降解率达83%，降解罗丹
明B(中性分子染料)2h后的降解率达到了90%以上，表明这一复合材料是非阴离子型光降解催化剂，
对中性染料降解效率大于其它离子型染料；而在5%,14%的复合材料对罗丹明B光催化降解中,14%
的复合材料2h的降解率超过90%,5%的复合材料2h的降解率接近100%.而且复合材料具有良好的
磁性能，有利于回收利用。
中图分类号：X703文献标志码：A doi
随着经济的迅速发展和人口的快速增长，生产和生活排放的污水量日益增加。而工业生产中排放的染料废水中的活性染料具有毒性大、成分复杂、难降解［1］，会对环境造成严重的污染，其降解处理是一大难题。
文献［2］中提到作为亚铁磁性的铁氧体，铁酸锌是一种具有尖晶型结构的软磁性材料，它的磁性能源于晶格内部的超交换作用，颗粒形貌、粒径大小、离子替换或掺杂均能影响铁氧体的宏观磁性能。铁酸锌还是一种新型窄带系半导体材料［7］，具有优异的物理化学性质，其本身性质稳定，所含成分无毒，不发生化学及光化学腐蚀等反应，制备方便且成本较低°
虽然当前国内外对铁酸锌在磁性能等方面已经有很大的研究成果，但在光催化降解方面的研究还尚不成熟，所以铁酸锌利用光催化技术处理水的研：10.3969/j.isso.273-2057.2061.01.013
究空间还很大。它作为可见光催化剂的特性，更是能有效地将有机物完全矿化，彻底反应，最终生成二氧化碳和其他无机离子，消耗能量低，反应条件温和，操作简便，没有二次污染⑷，采用该可见光催化剂处殴水，既减少对了环境的污染，又节约了资源，将是一项具有广泛应用前景的新型水处理技术°
本文鉴于目前铁酸锌的研究现状，从其作为良好的光催化剂的特性出发，探究了制备铁酸锌的方法，并进一步将其与磷酸银复合，通过XRD、紫外-可见漫反射、红外等方法对其进行了结构表征，最后研究了它们对罗丹明B、甲基橙、亚甲基蓝的光催化降解效果。
1实验部分
1.1实验药品及仪器
225实验药品
收稿日期：201279-18
基金项目：山西省高等学校大学生创新创业训练项目(XJ2013056)
作者简介：郑宇翔(298-1男，研究方向为实验化学；通迅作者：高竹青教授,EmUl:zqga°
第42卷第1期郑宇翔，等:ZnF e2O7//Ag3PO7的制备及其可见光催化降解性能的研究69
Zn(NO5)4-6H2O,Fe(NO5)5-9H2O,NaOH，乙二醇，十二烷基硫酸钠，无水乙醇，罗丹明B，亚甲基蓝，甲基橙，以上试剂均为分析纯。
涂料刮棒779实验仪器
TUO921双光束紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司),TG16-W医用离心机(湖南湘仪实验室仪器开发有限公司),SBO2O2D
超声波清洗机(宁波新芝生物科技股份有限公司), METTLER TOLEDO(梅特勒-托利多有限公司)，78-1磁力加热搅拌器(苏州威尔实验用品有限公司)，微波水热平行合成仪(北京祥鹄科技发展有限公
司)，CELOB77光化学反应器(北京中教金源科技有限公司)，Thermo/sber-is57傅里叶变换红外光谱仪(美国赛默飞世尔科技公司)，MiniF0x669X射线衍射仪(日本理学)，Lambda750型紫外-可见漫反射光谱仪(美国珀金埃尔默PerkinEloer).
1.2ZnFr2O4//Ao3PO4复合材料的制备
72.1微波水热法制备磁性ZnFe0O3
按照文献［3］的方法制备，略做改动。量取89
mL乙二醇于257mL烧杯中，称取8.2804g Fe (NO5)5・9H2O(9.92mol)和2.975g Zn(NO5)0-6H2O (0.21mol)置于上述烧杯中，用磁力搅拌器不断搅拌0.5h，使Fe(NO5)5、Zn(NO5)2能均匀地溶解在乙二醇中，逐滴向烧杯中加入5moOL的NaOH溶液调节pH值达到11，得到浅绿的透明凝胶，继续搅拌一个小时，把所得绿凝胶状物质置于聚四氟乙烯微波反应釜中，每釜39mL，拧紧反应釜，然后置于微波水热反应合成仪内，在微波功率770W、温度159C 的条件下反应20min，温度降到室温后，离心得到
磁性的铁酸锌，用蒸Q水和乙醇洗涤数次去除杂质，最后在真空干燥箱中恒温44C干燥直至恒重。
72.9ZnF e2O7//Ag3PO7复合材料及AgsPO。的制备
将上面所得ZnFe2O3按照ZnFe2O7//Ag3PO7复合材料中5%,14%的铁酸锌的质量，分别称取一定量
的ZnFe2O3，再称取十二烷基硫酸钠01923g，将两者混合溶于：mL蒸Q水中,39C水浴搅拌14h，接着加入57mL AgNO3(4.235g)溶液，搅拌14h，最后逐滴加入57mL22^04(0433g)溶液，搅拌10离心得到沉淀物，用蒸Q水和无水乙醇各洗涤3次，放入真空烘箱66C干燥140同法在不加ZnFezO。的条件下制
备 纯的Ag3PO7，以便于帥及催化性能的进一步比较。1.2材料表征
对所制备的ZnFe9O7、5%ZnFe9O7/Ag5PO7、14%ZnF e2O7//Ag3PO7及Ag5PO7材料进行XRD1紫外-可见漫反射及红外光谱的表征。
1.2光催化降解性能测试
以甲基橙、罗丹明B、亚甲基蓝染料溶液作为
目标污染物，在室温条件下，称取095g ZnFe9O7/ Ag3PO7复合材料加入染料溶液中(57ppm)，于CEL-LB70光化学反应器进行光催化降解性能研究⑷。将反应溶液置于暗室中搅拌44min后达到吸附平衡，接着打开模拟太阳光源(氤灯)进行照射。在2h的光催化降解过程中，每间隔20min取4mL反应溶液，以高速离心机(转速5266转/mid，时间4min)离心后，取上部澄清溶液1mL并加入3mL 去离子水，测定反应液在染料最大吸收波长处的吸光度值，然后根据朗伯比尔定律计算降解率J］。
为了比较各材料的光催化降解性能，以罗丹明B溶液作为目标污染物，分别称取0.25a ZnF e2O71 Ag3PO7和14%ZnFe9O7/Aa5PO7复合材料加入染料溶液中(57ppm)，于CELOB77光化学反应器进行光催化降能研究。
2结果与讨论
22材料的表征
2.1.1XRD谱图
合成的AgsPO^21^x204和ZnFe2O7^Aa5PO7的XRD图谱如图1所示。ZnF e2O7有六个明显的衍射峰(JCPDS No.22-1414)［9］，所制备的材料结晶度
较好，铁酸锌是一个完整的尖晶石结构，没有发现
明显的杂质峰［］。Aa3PO714个明显的衍射峰和标准卡(JCPDS Na.2O525)J0］完全吻合。从5%及
14%的ZnFe9O7/Aa5PO7复合材料衍射图来看，随ZnFe2O3含量增加,Aa3PO7衍射峰强度有所降低，表明ZnFe2O4和Ag3PO4已经复合，而且具有好的结晶度［11］，不过由于Aa3PO7的衍射强度太强，掩盖了ZnFezOq的衍射峰,ZnFe9O7的复合并没有改变Ag5 P<O的晶体结构，表明这两种材料仅仅是物理复合。
2.1.2红外光谱图
由图2可以看出铁酸锌在539cm-1处吸收峰，属于Fe-O键［14］；而磷酸银在552cm-处的峰为
70太原科技大学学报2021年
(
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I—
ISUQ4UI
20304050607080
20(degree)
图1不同配比的ZnFe2O4^Ag3PO4复合物的XRD图
Fig.1XRD charts of ZnFe2O4^Ag3PO4ccmpounds
with different proportions
Ay-O键伸缩振动，1000cm」为P二O键的伸缩振动峰〔⑶，而Ay3PO4的特征吸收没有明显改变，类似于XRD表征，说明的理，并没有引起各的改变。
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400035003000250020001500 1000500
Wavenumber/cm_1
图2不同配比的ZnFe2O4/Ag3PO4复合物及
ZnFe2O4、Ag3PO4的红外光谱图
Fig.3FT-IR syectra of ZnFe2O4/Ag3PO4ccmposCes with different ratios Proportions,ZnFe2O4and Ag3PO4 2.1.3紫外光谱图
由图3可以看出纯铁酸锌在200nm〜740nm 的波长范围内均有明显的吸收，但吸收强度较弱；而纯磷酸银只在200nm〜540nm波长范围内有吸，且吸收较强，大量实验证明磷强的见光催化剂［⑷。和纯磷为对照，分析不同配比ZnFf0O4/Ays PO4复合物的紫外图谱，可以看出，不同配比的ZnFe2O4^Ay3PO4复合材料在200nm〜700nm处有吸收，并且紫外区的符合磷酸银的紫外吸，说明该含有磷的成分2同配比在500x11〜700x11处的吸收强度明显高于纯磷，说明符合物在520 nm〜740nm处也有吸收，这个波段的吸收是由复合物中的铁酸锌产生的。
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Wavelength/m
图3不同配比的ZnFe2O4^Ag3PO4复合物及
ZnFe2O4S Ag3PO4的紫外光谱图
Fig.2UV-vis syectra of ZnFe2O4Ag3PO4ccmpounds with different proportions,ZnFe2O4and Ag3PO4
2.3铁酸锌光催化性能的研究
2.2.1铁酸锌、磷酸银、12%复合材料对罗丹明B 的降
图4是铁酸锌、磷酸银、1%复合材料对52ppm 的罗丹明B的与时间的关系图。，在氤灯的照射下2光催化剂时，随着时间的变化，降解率几乎没有变化；而磷光催化剂时,20 min后降解率就几乎达92%,40min后降解率基本达到10%；12%光催化剂时，其降解率随
5/min
图4铁酸锌、磷酸银、10%复合材料对罗丹明
B降解速率的影响
Fig.4The effects of zinc ferrite,silver phosyhate and10% ccmposite on the dexradation rate of rdodamine
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B
第42卷第1期郑宇翔，等:ZnFe 2O4//Ay 3PO2的制备及其可见光催化降解性能的研究
71
说明磷酸银的掺入使催化剂的活性明显增强。
2. 2. 2复合材料对甲基橙、亚甲基蓝、罗丹明B 的
降
8导
图5是磷酸银与铁酸锌配比为14% [ M z n Fe2O2 :
(M ZnFe2O4 + M Ay3PO4 )]的复合材料对500 p
橙、亚甲基蓝、罗丹明B 的浓度与时间的关系图。
图中比较
同 的降
i 况。
2
罗丹明B 的光催化降
【果优于其他两 °而由于亚甲基蓝
子染
、甲基橙是阴离子 、罗丹明B 是分子 ，说
明 与磷
分子
的降解效
较其他离子 °
5/min
图5不同染料对复合材料降解速率的影响
Fig. 5 The effect of different dyes on depredation
rete of ccmposites
2. 2. 8 ZnFe 2O 2与 Ay 3PO 0配比为 5%、14% 复合材
料对罗丹明B 的降
图2是磷 与铁酸锌不同配比的复合材料
对54 ppm 的罗丹明B 的浓度与时间的关系图。图
中比较了配比分别为5%、14%复合材料在黑暗2
min 和光照120 min 的条件下罗丹明B 的降解情
况。可以看出，在暗反应(有催化剂，无氤灯照射)
的 下，罗丹明B 的
没有变化，在Y 灯
的照射下，120 min 时，配比为5%和 罗
丹明B 的降解率
100% 2
为 ，说明，在有光照和光催化剂同时 下罗丹明B 的降率有
的提高，而且配比为5%的 ：体 最佳°5/min
图6铁酸锌用量对罗丹明B 降解率的影响
Fig. 6 The effect of cctalyst amount on
XXB depredation rete
2.5磁性
磷酸银为非常好的光降解催化剂，但为粉末状 固体，不方
，本次实验掺入微波水热法制备
的 2
°由图2
，实验制得的
被 吸引后，迅
向
方向靠近，说明
掺入后使催化剂 于
°
无磁铁吸引 磁铁吸引后
图7用磁铁吸引铁酸锌复合材料照片
Fig. 5 Magnets attrect photos of ZnFe 2O 4 ccmposites
3结论与讨论
本文成功地将磁性ZnFe 2O 2和优良的可见半导
体材料Ay 3PO 2复合在一起，用于废水中有机染料的 降解。该 在模拟
光的条件下可有效
降
罗丹明B 及阳离子 甲基蓝，而
降解后的
在
下 ，为降解
的
一种有 径。
电缆防盗报警装置
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ZHENG Yr-yiano1,GUAN Meno-yuan1,REN Yono-Peno1,BAI Juan1,
ZHANG Kai-yin1,JING Hono-fei2,GAO Zhr-qino1
(.ColOge of Chemistg and BioeygiseeAng,Taiypas University of Science and TqhhoOpy, Taiypas937922,ChOv；2.Col O ge of EsviAnmental ScOnca and EngiseeAng,
Taiypas University of TyhsoOpy,TSypas237660,China)
AbstrvcS:ZnFqO4/Ag3PO4composite was sypthesized by microwave hypgtheAial methob-With composite mate-Aal containing14%ZnFqO4to50PPM of Rhobamise B(Rhobamise B),MethyS Orange(MethyS Orange)and MethyOne Blue(MethyOne Blue)dye is simulated sunlight under the conditions of ppotocatalytic degrabaSon,the exxeAmental results sbow that the degradation of methyS orange(anionic dyes)2h after the degradation rate was 20%,2nd the only degradation of methyOne blue(cationic dye)2h after the degradation rate was83%,2nd the degradation of rUobamise B(sentral dye molecoles)2h after degradation rate reached more than99%,which sbow that this composite matekal are anionic pPoWpegrabation catalysts, the sentral dye degrabaSon ePicOncq than other Onio dyes;Is the ppotocatalytic degradation of rUobamise B bp5%and14%of the composites,the degraby-tion rate of14%of the composites was more than90%at2h,and the/gradation rate of5%of the composites was close to109%at2h.And the composite material has goof magnetic pgpekies,which is conducive to gcy-cOng.
Key woWs：ZnFqO4,Ag3PO4,composite matekals,pPotocatalysis,dyes
豫公网安备41160202000603
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