【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種泡沫鋅鎳原位生長(zhǎng)znfe2o4制備znfe2o4/泡沫鋅鎳的合成方法并應(yīng)用于高效降解氣態(tài)苯，工程上涉及氣體污染處理領(lǐng)域，技術(shù)上涉及材料合成及光催化領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
1、揮發(fā)性有機(jī)化合物(vocs)是指室溫下沸點(diǎn)為50~260?℃，飽和蒸氣壓為133.33?pa的有機(jī)化合物；大多數(shù)vocs容易與大氣中的其他氣體污染物(如sox、nox)形成二次污染，造成光化學(xué)煙霧，破壞大氣臭氧層，影響全球環(huán)境，同時(shí)，部分vocs具有致癌毒性，對(duì)人眼、心血管、肺、肝有刺激作用，對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)有毒害作用。
2、美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(usepa)已將苯(一種典型的芳香族揮發(fā)性有機(jī)化合物)列為有害污染物和人類致癌物(a組)，苯的排放量不斷增加導(dǎo)致環(huán)境和人類健康均受到嚴(yán)重威脅；鑒于苯對(duì)環(huán)境和健康的危害，需要開發(fā)可持續(xù)高效的技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理，如焚燒，吸附作用和光催化技術(shù)；光催化氧化被認(rèn)為是去除苯的一種有前途的選擇，它通過廉價(jià)和綠色的催化途徑將苯轉(zhuǎn)化為環(huán)境友好的最終產(chǎn)物。
3、傳統(tǒng)的半導(dǎo)體光催化劑只對(duì)紫外光響應(yīng)（如tio2）,?且傳統(tǒng)的粉體催化劑極易發(fā)生團(tuán)聚從而導(dǎo)致光生載流子的復(fù)合，抑制了光催化活性，較低的太陽(yáng)光利用率和較高的電子復(fù)合率直接導(dǎo)致氣態(tài)苯的不完全礦化，從而產(chǎn)生毒性較大的副產(chǎn)物。
4、znfe2o4/泡沫鋅鎳光催化劑利用泡沫鋅鎳作為鋅源，通過稀鹽酸置換出zn2+，進(jìn)一步加入蔗糖使復(fù)配材料官能化攜帶更多的羥基，有助于分散苯的電子，使穩(wěn)定的苯環(huán)更容易開環(huán)，在光催化降解苯過程中，能快速高效的降解苯，并將其分解為水
5、本專利技術(shù)的具體技術(shù)方案如下：
6、步驟1、泡沫鋅鎳的預(yù)處理：
7、將泡沫鋅鎳分割切塊，用二次水沖洗表面，隨后浸泡在30?ml乙醇中超聲處理20min以去除表面雜質(zhì)，烘干備用；
8、步驟2、前驅(qū)體zno/泡沫鋅鎳的制備：
9、將清洗好的泡沫鋅鎳置于0.167?m稀鹽酸中置換出zn2+，隨后加入5?mmol蔗糖和1.25?mmol的尿素，在180?℃條件下水熱20?h，冷卻清洗干燥得到zno/泡沫鋅鎳；通過加入不同濃度的稀鹽酸（0.03，0.067，0.1，0.13，0.167，0.2m）控制鋅離子的濃度分別為1?mmol，2?mmol，3?mmol，4?mmol，5?mmol，6?mmol，制備出不同zno含量的zno/泡沫鋅鎳，命名為xzno/泡沫鋅鎳，x表示鋅離子的物質(zhì)的量，分別為1?mmol，2?mmol，3?mmol，4?mmol，5?mmol，6?mmol；
10、步驟3、znfe2o4/泡沫鋅鎳光催化劑的制備：
11、上述步驟2水熱后的前驅(qū)體5zno/泡沫鋅鎳溶液轉(zhuǎn)移到燒杯中，向其中加入10mmol硝酸鐵和20?ml濃度為13.2?m的氨水,靜置洗滌干燥后，置于管式爐中在氮?dú)鈿夥障?50?℃煅燒4?h，得到5znfe2o4/泡沫鋅鎳，命名為5zfo/znf；依同樣步驟，使用不同比例前驅(qū)體1zno/泡沫鋅鎳，2zno/泡沫鋅鎳,3zno/泡沫鋅鎳,4zno/泡沫鋅鎳,6zno/泡沫鋅鎳，分別加入2?mmol，4?mmol，6?mmol，8?mmol，12?mmol硝酸鐵，制備出不同比例的znfe2o4/泡沫鋅鎳，命名為1zfo/znf，2zfo/znf，3zfo/znf，4zfo/znf，6zfo/znf。
12、圖1為所制備的不同比例的znfe2o4/泡沫鋅鎳的xrd譜圖，表明該方法成功制備了znfe2o4/泡沫鋅鎳；圖中1zno/znf，2zno/znf，3zno/znf，4zno/znf，5zno/znf，6zno/znf分別表示不同摩爾比的zno/泡沫鋅鎳，其相應(yīng)煅燒產(chǎn)物依次表示為1zfo/znf，2zfo/znf，3zfo/znf，4zfo/znf，5zfo/znf，6zfo/znf。
13、圖2為所制備的樣品的掃描電鏡圖，a和b為純相泡沫鋅鎳，具有三維孔狀結(jié)構(gòu)，c和d為純相znfe2o4，展現(xiàn)出堆疊而成的塊狀結(jié)構(gòu)，e和f為5zno/泡沫鋅鎳，由薄片組成的納米花狀zno原位生長(zhǎng)在泡沫鋅鎳上；g和h為5znfe2o4/泡沫鋅鎳的形貌，塊狀znfe2o4生長(zhǎng)在泡沫鋅鎳三維骨架上。
14、圖3a為不同比例znfe2o4/泡沫鋅鎳對(duì)600?ppm的苯的光催化降解效果圖，隨著znfe2o4的含量增加，對(duì)苯的降解效果明顯提升；圖3b?為5znfe2o4/泡沫鋅鎳的礦化率和co2以及co的產(chǎn)率，5znfe2o4/泡沫鋅鎳在20?min內(nèi)對(duì)600?ppm的苯降解率為99.8%，礦化率為99.7%。
15、圖4為5znfe2o4/泡沫鋅鎳對(duì)苯的降解循環(huán)測(cè)試，經(jīng)過32次循環(huán)測(cè)試，5znfe2o4/泡沫鋅鎳對(duì)苯的降解沒有明顯下降，表明該催化劑具有優(yōu)異的降解苯的性能，且具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
16、圖5為5znfe2o4/泡沫鋅鎳對(duì)不同濃度的苯的降解效果圖，對(duì)濃度范圍200-2000ppm的苯均具有優(yōu)異的降解性能。
17、圖6為5znfe2o4/泡沫鋅鎳對(duì)600?ppm苯的原位漫反射傅里葉變換紅外光譜；圖6a為暗反應(yīng)條件下5znfe2o4/泡沫鋅鎳對(duì)苯的吸附原位紅外圖，隨著時(shí)間的增加，苯的特征峰也在不斷增大。圖6b-d為降解苯的光催化原位drifts光譜，位于2093和3046?cm-1的特征峰屬于苯基芳環(huán)的c-h伸縮振動(dòng)，1494和1482?cm-1處的特征峰分別與芳香環(huán)的骨架伸縮振動(dòng)和c=c伸縮振動(dòng)有關(guān)，1068-1024?cm-1處于c-h鍵的變形振動(dòng)有關(guān)。以上特征峰隨光催化反應(yīng)時(shí)間的增加，特征峰逐漸減小；隨之，苯降解的中間產(chǎn)物，如酚類物質(zhì)（1614-1575?cm-1），苯醌（1698,1660?cm-1），馬來酸物種（1546,?1530,?1511,?1315?cm-1）及乙酸根（1338?cm-1）的特征峰逐漸增加，最終產(chǎn)物為co2（2339,2357?cm-1）。
18、以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步的說明：
19、實(shí)施例一
20、本實(shí)例選用大小為3×3?cm的泡沫鋅鎳進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過不同濃度的稀鹽酸調(diào)節(jié)zn2+的濃度。通過水熱法制備前驅(qū)體zno/泡沫鋅鎳，進(jìn)一步煅燒制備znfe2o4/泡沫鋅鎳光催化劑用于氣態(tài)苯的降解；將制備好的光催化劑置于密閉的反應(yīng)器中，用氮?dú)膺M(jìn)行吹掃以去除空氣中的二氧化碳；通過空氣鼓泡法將氣態(tài)苯傳輸?shù)椒磻?yīng)裝置中，用300?w氙燈作為模擬太陽(yáng)光的光源，通過氣體流量及進(jìn)樣體積來調(diào)節(jié)氣態(tài)苯的濃度，用氣體紅外檢測(cè)器檢測(cè)反應(yīng)氣體中氣態(tài)苯的濃度變化及生成物（主要產(chǎn)物為co2，其次產(chǎn)生少量的co）的濃度變化；改變氣態(tài)苯的濃度以評(píng)估光催化劑對(duì)寬范圍濃度的苯的降解情況；在模擬太陽(yáng)光照射下，5znfe2o4/泡沫鋅鎳光催化劑在20?min對(duì)初始濃度為600?ppm的苯降解率為99.8%，礦化率為99.7%。
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種用于高效凈化氣態(tài)苯的ZnFe2O4/泡沫鋅鎳原位制備方法，其特征在于，包括以下幾個(gè)步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1制備的ZnFe2O4/泡沫鋅鎳催化劑在氣態(tài)苯高效降解的應(yīng)用
3.根據(jù)權(quán)利要求1的ZnFe2O4/泡沫鋅鎳的制備方法，其特征在于，采用泡沫鋅鎳作為催化劑的載體以及鋅源，加入硝酸鐵和氨水，原位方法生長(zhǎng)出ZnFe2O4，進(jìn)而制備出ZnFe2O4/泡沫鋅鎳光催化劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的ZnFe2O4/泡沫鋅鎳的制備方法，其特征在于，制備過程中，加入的蔗糖和氨水，可使催化劑攜帶大量羥基與氨基，有利于轉(zhuǎn)移苯的電子，使苯更容易開環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法制備的ZnFe2O4/泡沫鋅鎳在凈化氣態(tài)苯中的應(yīng)用，其特征在于，制備的ZnFe2O4/泡沫鋅鎳可在模擬太陽(yáng)光照射下高效降解濃度范圍為200-2000ppm的苯，達(dá)到完全礦化，產(chǎn)物為二氧化碳和水。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于高效凈化氣態(tài)苯的znfe2o4/泡沫鋅鎳原位制備方法，其特征在于，包括以下幾個(gè)步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1制備的znfe2o4/泡沫鋅鎳催化劑在氣態(tài)苯高效降解的應(yīng)用
3.根據(jù)權(quán)利要求1的znfe2o4/泡沫鋅鎳的制備方法，其特征在于，采用泡沫鋅鎳作為催化劑的載體以及鋅源，加入硝酸鐵和氨水，原位方法生長(zhǎng)出znfe2o4，進(jìn)而制備出znfe2o4/泡沫鋅鎳光催化劑。
<...【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王曉晶，楊小雪，武建國(guó)，和丹，齊亮，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：內(nèi)蒙古大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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