微-納結構Fe3O4及其復合物的設計合成及在有機污染物去除中的應用.pdf

1、有機污染物是環(huán)境污染的主要成分之一，而催化降解是去除有機污染物的主要方法之一。鐵基催化劑由于無污染、成本低、有磁性易于回收等特點，在治理環(huán)境方面持續(xù)受到研究者的關注。普通鐵基催化劑催化效率較低，因此對其改善，提高其催化效率有很大的意義。本文通過合成微/納結構的Fe3O4及其復合物，意在實現(xiàn)有機污染物的高效去除，并通過有機污染物的降解實驗和熒光實驗，研究了有機污染物的去除機理。
　　1.采用一步水熱法合成微/納結構Fe3O4。由于催

2、化劑的催化性能與其結構性質有關，因此通過改變水熱合成條件來調(diào)控產(chǎn)物結構相關性質。結果顯示，不同的參數(shù)，如時間、溫度以及反應劑的量等對產(chǎn)物的成分和結構都有不同程度影響，并且都有一個最佳值，過多或者過少都對形貌有著不利的影響。在本試驗系統(tǒng)中，當FeCl3的量為3mmol，CO(NH2)2的量為8mmol，純水為溶劑，反應時間為10h，反應溫度為160℃，使用Na2S2O3·5H2O為催化劑并且它的量為5mmol時，是產(chǎn)物合成的最佳條件。在最

3、佳條件下，成功獲得了海膽狀Fe3O4，此產(chǎn)物擁有很大的比表面積、大量的孔洞、合適的尺寸以及優(yōu)秀的形貌和分級的微/納結構。
　　2.在前面研究的基礎上，使用得到的最佳合成條件合成出了海膽狀微/納結構Fe3O4。通過SEM和TEM表征可以看出，海膽球的大小分布不均一，它的直徑為3至5μm，中間為球狀，四周為針狀，針的長度大約為0.2到3μm，直徑為0.05至1μm。產(chǎn)物的去除有機污染物的性能通過R6G的降解實驗來表征。結果顯示，產(chǎn)物對

4、R6G的降解效率遠高于普通的納米Fe3O4和微米Fe3O4。產(chǎn)物較高的降解效率是由于其具有海膽狀的形貌、多孔的結構和高的比表面積。產(chǎn)物還具有控制·OH的釋放速率，提高其利用率的作用。此外，產(chǎn)物還有很好的穩(wěn)定性可以重復使用以及有良好的磁性易于分離。
　　3.在合成微/納結構Fe3O4的基礎上通過額外添加ZnO，使用一步水熱法成功合成了針狀微/納結構Fe3O4/ZnFe2O4復合物。產(chǎn)物的形貌主要為針狀或者棒狀。棒的長度大約為0.2到

5、1.5μm，棒的直徑為0.05至0.5μm。棒的一端相互堆積在一起，而另一端向四周散開，組合起來像花朵一樣。本文通過對R6G和甲苯的降解實驗來分別研究產(chǎn)物對液態(tài)和氣體有機污染物的光催化效率。產(chǎn)物對液態(tài)和氣體有機污染物都有很好的光催化效率并且是普通光催化劑及普通Fe3O4的2至3倍。這不僅是因為產(chǎn)物具有針狀形貌、特殊結構和高的比表面積，同時也是由于Fe3O4具有良好導電性，可以轉移ZnFe2O4導帶中的電子，阻止其與空穴重新結合，提高了光