[发明专利]一种用于降解有机污染物的α-Fe2O3/Fe光催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种用于降解有机污染物的α‑Fe₂O₃/Fe光催化剂及其制备方法，本发明所制备的催化剂α‑Fe₂O₃/Fe为纳米片结构，大大增加了反应时与有机污染物的接触面积和活性位点数量，提高了有机物的降解速率；降解有机物的驱动力为光照，不需要其他外部能源消耗，是一种高效、节能、环保的有机物降解过程；本发明所涉及的光催化剂通用性强，对较大pH范围内的有机废水中有机物的都有很好的降解效果。

技术领域

本发明提供一种用于降解有机污染物的α-Fe₂O₃/Fe光催化剂及其制备方法，可应用于污水深度处理领域。

背景技术

随着染料和颜料在纺织、印刷、食品加工等方面的广泛应用，导致环境特别是水资源受到污染。大多数染料具有致癌、致突变和微毒性，即使在水中浓度非常低，也对人类和水生生态系统有严重的危害。目前，从污水中去除和处理有机污染物的方法主要有物理法、化学法和生物法，如微滤、超滤、反渗透、离子交换、好氧和厌氧处理等方法。这些方法在去除过程中有可能产生比原来污染物危害性更强的二次污染物。各种去除方法中，高级氧化工艺(AOPs)已被普遍认为是一个成本低廉且有效的方法，通过产生高活性的羟基自由基，来实现完全降解有机污染物，减少二次污染物产生(J.Mater.Chem.A.2015，3：8537-8544)。

半导体光催化是解决能源危机和环境污染问题的有利技术，是一种高效、绿色的太阳能技术。近年来，α-Fe₂O₃由于其含量丰富，低成本，抗腐蚀性，良好的化学稳定性，以及优良的环境兼容性等特性，被广泛应用在光催化(光解水和光降解有机物)、气体传感器、场发射器件、锂电池电极等领域。更重要的是，α-Fe₂O₃拥有较窄的带隙(2.1eV)，可以充分利用可见光。然而，尽管拥有这些优点，α-Fe₂O₃也存在一些缺陷，比如较慢的反应动力学，弱的电荷输运和分离特性以及非常小的空穴扩散长度(2-4nm)，使其实际应用受到很大的限制。因而，目前为止，越来越多的研究致力于通过各种策略和方法，如调节α-Fe₂O₃的纹理和形貌(增加光吸收和比表面积)、与其它半导体材料构建异质结构(调节能带结构，促进光生载流子输运和分离)等(Inorg.Chem.2011，50：10143-10151)，来制备高催化活性α-Fe₂O₃基光催化剂以克服这些缺点。

发明内容

为提高α-Fe₂O₃光生载流子的分离，解决动力学反应缓慢问题，需要构建高效稳定α-Fe₂O₃基复合光催化剂。本发明提供一种用于降解有机污染物的α-Fe₂O₃/Fe纳米复合材料光催化剂，具有良好的光催化降解有机物的能力。α-Fe₂O₃/Fe光催化剂为纳米片结构，比表面积为60～150m²/g，纳米片直径为50～300nm，厚度为2～8nm，其中α-Fe₂O₃沿(110)方向择优生长，α-Fe₂O₃与Fe的质量比为1∶0.5～1∶1.5。

本发明所提供的一种用于降解有机污染物的α-Fe₂O₃/Fe纳米复合材料光催化剂的制备方法包括以下步骤：

1)采用氧化还原法制备Fe纳米片；

1.1)将可溶性亚铁盐水溶液与醇溶剂均匀混合得到混合溶液I，所述的可溶性亚铁盐水溶液浓度为0.01～0.05mol/L，醇溶剂为乙醇、乙二醇、丙三醇中的一种或几种，体积为300～500mL/L。