本發明專利技術公開了一種磁性三氧化二鐵?石墨碳（γ?Fe2O3@石墨碳）納米復合材料的制備方法，是以九水硝酸鐵作為鐵源，以MS同時作為碳源和合成γ?Fe2O3的促進劑，通過水熱?低溫煅燒兩步法制備了γ?Fe2O3@石墨碳納米復合材料。該納米復合材料中的γ?Fe2O3不僅顯示出良好的磁性，還具有一定的光催化活性；將γ?Fe2O3和石墨碳復合，促進了電子和空穴的分離，進而提高光催化活性，使得該材料不僅具有良好的磁性，同時具有較好的可見光催化活性。實驗表明，當九水硝酸鐵與蘑菇粉的配比適當時，能夠進一步提高納米復合材料對苯酚的吸附性能和光催化降解性能。
Preparation and Application of a Magnetic Iron Trioxide-Graphite Carbon Nanocomposites
The invention discloses a preparation method of magnetic ferrous oxide graphite carbon (gamma Fe2O3@graphite carbon) nanocomposites. The gamma Fe2O3@graphite carbon nanocomposites are prepared by hydrothermal calcination in two steps, using ferrous nitrate as iron source, MS as carbon source and accelerator for synthesizing gamma Fe2O3. The nanocomposites not only exhibit good magnetism, but also have a certain photocatalytic activity. The composite of gamma-Fe2O3 and graphite-carbon promotes the separation of electrons and holes, and then improves the photocatalytic activity, which makes the nanocomposites not only have good magnetism, but also have good visible photocatalytic activity. The results show that the adsorption and photocatalytic degradation of phenol can be further improved when the ratio of ferric nitrate with mushroom powder is appropriate.
【技術實現步驟摘要】
一種磁性三氧化二鐵-石墨碳納米復合材料的制備及應用
本專利技術涉及一種磁性三氧化二鐵-石墨碳（Fe2O3@石墨碳）納米復合材料的制備方法本專利技術同時還涉及該磁性三氧化二鐵-石墨碳納米復合材料作為光催化劑在光催化降解廢水中的有機物質苯酚的應用，屬于復合材料
和水處理
技術介紹
光催化氧化技術能夠在可見光或紫外光下將環境中的有機物降解為水和二氧化碳等，在空氣凈化、殺菌除臭、廢水處理等方面具有廣闊的應用前景。而在光催化氧化技術中，光催化材料起著至關重要的作用。磁性光催化材料不僅能夠實現光催化劑的有效磁性回收和循環再利用，而且能夠提高光催化材料的吸附和光催化性能。γ-Fe2O3既是一種光催化劑，又具有較好的磁性，在光催化降解污染物之后，能夠實現回收再利用，因此具有良好的應用前景。而具有較好結晶度的石墨碳具有較好的導電性，將γ-Fe2O3和石墨碳復合，能夠促進電子和空穴的分離，有助于提高材料的可見光催化活性。蘑菇粉（MS）的主要成份有蛋白質、氨基酸、糖類、多酚。這些富含碳的蛋白質、糖類、氨基酸易于水熱條件下碳化成石墨碳，而且蛋白質、糖類、氨基酸中豐富的含氧基團對于磁性γ-Fe2O3的生成起著至關重要的作用，能夠促進磁性γ-Fe2O3的生成。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種磁性γ-Fe2O3@石墨碳納米復合材料的制備方法，且通過石墨碳與磁性Fe2O3的復合，提高Fe2O3的可見光催化性能。一、磁性Fe2O3@石墨碳納米復合材料的制備將九水硝酸鐵（Fe(NO3)3·9H2O）溶解于水中，加入蘑菇粉（蘑菇粉的加入量為九水硝酸鐵質量的0.25~1倍，優選0.38~1倍），超聲分散10~20分鐘，然后置于水熱反應釜中，于180~200℃恒溫反應5~6小時；反應結束后，冷卻至室溫后，將所得固體用去離子水、乙醇洗滌，干燥后置于石英管式爐中，在氮氣氣氛下（氮氣流速為400mL/min），升溫至300~350℃（以3℃/min），煅燒1~3小時，研磨，得到最終產品γ-Fe2O3@石墨碳復合材料。本專利技術以Fe(NO3)3·9H2O作為鐵源，以MS作為碳源和γ-Fe2O3形成的促進劑，通過水熱-低溫煅燒兩步法制備了磁性Fe2O3@石墨碳納米復合材料。該納米復合材料中的γ-Fe2O3不僅顯示出良好的磁性，還具有一定的可見光催化活性；將γ-Fe2O3和石墨碳復合，促進了電子和空穴的分離，進而提高光催化活性，使得該材料不僅具有良好的磁性，同時具有較好的可見光催化活性。二、Fe2O3@石墨碳納米復合材料的結構及性能1、XRD譜圖采用日本理學公司D/Max-2400型粉末衍射儀，測試條件為CuKα射線，管電壓為40kV，管電流為100mA，掃描范圍為5-80°，步速為10°/min。材料的磁性能在7304型振動樣品磁強計（VSM）上測試，外加磁場為15kOe，頻率為300Hz，在室溫下測試材料的磁滯回線。TEM測試在JEM-2100透射電鏡上測試，在加速電壓5-200KV下觀察材料的形貌。圖1為在不同MS用量條件下制備的Fe2O3@石墨碳納米復合材料的XRD譜圖。其中，Fe2O3@C-0為不加MS，其他步驟相同制備的材料，Fe2O3@C-1為MS用量為FeNO3·9H2O的0.25倍制備的材料；Fe2O3@C-2為MS用量為FeNO3·9H2O的0.38倍制備的材料；Fe2O3@C-3為MS用量為FeNO3·9H2O的0.5倍制備的材料；Fe2O3@C-4為MS用量為FeNO3·9H2O的0.63倍制備的材料；Fe2O3@C-5為MS用量為FeNO3·9H2O的1倍制備的材料。由圖1可知，當MS用量為Fe(NO3)3·9H2O質量的0.25倍時，所得材料的成份為α-Fe2O3和少量的石墨碳；當MS用量為Fe(NO3)3·9H2O質量的0.38倍時，納米復合材料的主要成份由α-Fe2O3轉變為具有γ-Fe2O3，而且石墨碳的特征衍射峰的強度有所加強；當MS的用量逐漸增加，石墨碳和γ-Fe2O3的衍射峰逐漸變強，顯示納米復合材料中石墨碳的含量逐漸增加。當MS的用量和九水硝酸鐵質量相當時，γ-Fe2O3的衍射峰變弱，原因是石墨碳的含量增加使γ-Fe2O3的相對含量減少。2、TEM圖圖2為Fe2O3@石墨碳納米復合材料（Fe2O3@C-3）的TEM圖。由圖2可知，該納米復合材料由直徑在5~10nm的納米顆粒和較薄的片層物質組成，其中顏色較淺的是片層薄片是石墨碳片，顏色較深的納米顆粒為γ-Fe2O3顆粒，γ-Fe2O3納米顆粒較均勻的分散在石墨碳片層上。3、磁滯回線圖3為加入不同MS用量所得Fe2O3@石墨碳納米復合材料的室溫磁滯回線。由圖3可見，沒有加入MS的納米復合材料沒有磁性，加入MS的納米復合材料均顯示出一定的超順磁性。隨著MS用量的增加，納米復合材料的飽和磁場強度逐漸增加，之后又降低。當MS用量為FeNO3·9H2O的0.5倍時，納米復合材料的飽和磁場強度最大。表明MS能夠促進磁性γ-Fe2O3的生成；隨著MS用量的增加，納米復合材料的磁性逐漸增強，但是當MS用量過大時，納米復合材料中石墨碳的成分增加，使γ-Fe2O3的含量減少，從而降低了納米復合材料的磁性。4、對苯酚的吸附性能光催化性能測試實驗在多通道光催化反應系統上測試，光源為420nmLED光源，將0.05g的納米復合材料加入50mL初始濃度為10mg/L的苯酚水溶液中進行吸附和光催化性能測試實驗。在避光條件下，攪拌30分鐘，使納米復合材料對苯酚的吸附達到平衡，吸附30分鐘后取樣5mL，在高效液相色譜儀測試苯酚的濃度，用來計算材料對苯酚的吸附性能。之后，開啟LED光源，每隔60min取樣5mL，離心分離，取清液，用0.22um的濾膜過濾后，在高效液相色譜儀測試苯酚的濃度。圖4為不同納米復合材料在可見光下吸附光催化去除苯酚的性能。由圖4可知，幾種材料對苯酚均具有一定的吸附性能。隨著MS用量的增加，納米復合材料對苯酚的吸附和光催化降解性能逐漸增加，之后又有所降低。MS用量為FeNO3·9H2O的0.38-0.5倍下制備的納米復合材料對苯酚的吸附性能及對光催化降解性能較好，同時具有較好的磁性，可以通過磁鐵實現分離。其原因可能為γ-Fe2O3和石墨碳處于適當的配比時，顯示出協同作用。γ-Fe2O3在可見光下產生一定量的電子和空穴，隨之產生具有強氧化性的羥基自由基，使苯酚逐漸被降解，顯示出一定的催化活性。而光生電子和空穴極易復合，進而降低納米復合材料的光催化活性，適量的石墨碳能夠促進光生電子和空穴的分離，進而提高納米復合材料的光催化性能。但是，過量的石墨碳會限制納米復合材料對光的吸收，降低光生電子和空穴的數量，從而降低納米復合材料的光催化性能。MS在納米復合材料的合成過程中既作為催化劑促進γ-Fe2O3的生成，又是生成石墨碳的前驅體。因此，當添加適量的MS時，合成出的納米復合材料中γ-Fe2O3和石墨碳均具有較好的晶型和良好的協同作用，從而顯示出較好的磁性及光催化活性。而MS用量過少時，所得納米復合材料中γ-Fe2O3含量低，磁性和光催化活性均明顯下降；當MS用量過大時，所得納米復合材料中石墨化碳過多，導致納米復合材料的磁性和光催化性能下降。附圖說明圖1為Fe2O3@石本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種γ?Fe2O3@石墨碳復合材料的制備方法，是將九水硝酸鐵溶解與水中，加入蘑菇粉，超聲分散10~20分鐘，然后置于水熱反應釜中，于180~200℃恒溫反應5~6小時；反應結束后，冷卻至室溫后，將所得固體用去離子水、乙醇洗滌，干燥后置于石英管式爐中，在氮氣氣氛下，升溫至300~350℃，煅燒1~3小時，研磨，得到最終產品γ?Fe2O3@石墨碳復合材料。
【技術特征摘要】
1.一種γ-Fe2O3@石墨碳復合材料的制備方法，是將九水硝酸鐵溶解與水中，加入蘑菇粉，超聲分散10~20分鐘，然后置于水熱反應釜中，于180~200℃恒溫反應5~6小時；反應結束后，冷卻至室溫后，將所得固體用去離子水、乙醇洗滌，干燥后置于石英管式爐中，在氮氣氣氛下，升溫至300~350℃，煅燒1~3小時，研磨，得到最終產品γ-Fe2O3@石墨碳復合材料。2.如權利要求1所述γ-Fe2O3@石墨碳復合材料的制...
【專利技術屬性】
技術研發人員：韓立娟，安興才，蘇碧桃，張平，劉剛，
申請(專利權)人：甘肅自然能源研究所，
類型：發明
國別省市：甘肅,62
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