[发明专利]模板法合成具有多孔结构铁酸镍可见光催化剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于铁酸镍可见光催化剂的合成技术领域，具体涉及一种模板法合成具有多孔结构铁酸镍可见光催化剂的方法。

背景技术

水污染问题一直影响着人们的生活，相对于传统的废水处理，光催化降解污染物具有速度快、无选择性、反应条件温和、投资少、能耗低和应用范围广等优点。光催化剂是这项技术的核心，TiO₂半导体光催化剂得到广泛使用，是由于其催化活性高，无毒，廉价，稳定性好，但TiO₂仅能利用太阳光中紫外光部分（波长范围是400nm以下），太阳光利用率低，并且存在催化剂难以回收的难题，因此开发具有磁性的且能够高效利用太阳光的催化剂具有重要的研究意义。

近年来，在光催化降解污染物领域，尖晶石铁酸镍（NiFe₂O₄）的研究开发得到人们的关注，环境友好，低价易得，具有较窄的带隙能，此外其磁性有益于光催化剂的回收，并且具有化学稳定性。NiFe₂O₄具有可见光光催化活性。但是现有的研发中，NiFe₂O₄大部分作为电极材料或电导材料；NiFe₂O₄也可以在H₂O₂、臭氧的辅助下处理污染物，而直接用于光催化降解污染物的比较少。NiFe₂O₄的带隙能为1.7eV，利用可见光（波长范围400～760nm）进行光催化降解污染物，大大提高了太阳能利用率，并且自身的磁性使其易于回收利用。

利用水热法、溶剂热法、溶胶-凝胶法合成NiFe₂O₄的较多，但是合成得到的NiFe₂O₄光催化性能较弱。而模板法简单易控，实验重复性强。以棉纤维为模板合成的NiFe₂O₄具有多孔结构，棉纤维模板属于植物模板，不会给环境造成二次污染；并且棉纤维模板控制了NiFe₂O₄的多孔结构及形貌，这样的结构提高了光催化性能。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种工艺简单且方便控制的模板法合成具有多孔结构铁酸镍可见光催化剂的方法。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，模板法合成具有多孔结构铁酸镍可见光催化剂的方法，其特征在于具体步骤为：

（1）用摩尔浓度为1～4mol/L的碱溶液处理棉纤维1～8h，然后于60～120℃干燥；

（2）将处理过的棉纤维浸泡在硝酸铁、硝酸镍与柠檬酸形成的溶胶中3～8h，然后于60～120℃干燥至凝胶；

（3）将凝胶在程序升温炉中以1～5℃/min的升温速率升温至400～800℃煅烧3h，随炉冷却至室温制得具有多孔结构的铁酸镍。

进一步优选，所述的碱溶液为氢氧化钠溶液。

进一步优选，所述的硝酸镍、硝酸铁与柠檬酸的投料摩尔比为1:2:1～4。

进一步优选，所述的模板法合成具有多孔结构铁酸镍可见光催化剂的方法，其特征在于具体步骤为：

（1）用摩尔浓度为3mol/L的氢氧化钠溶液处理棉纤维2h，然后于80℃干燥；

（2）将处理过的棉纤维浸泡在摩尔比为1:2:1的硝酸铁、硝酸镍与柠檬酸形成的溶胶中4h，然后于100℃干燥至凝胶；

（3）将凝胶在程序升温炉中以3℃/min的升温速率升温至500℃煅烧3h，随炉冷却至室温制得具有多孔结构的铁酸镍。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、模板法制备NiFe₂O₄易于控制形貌，得到的NiFe₂O₄为多孔结构，该多孔结构提高了NiFe₂O₄的光催化性能；

2、NiFe₂O₄自身的磁性有益于回收利用；

3、NiFe₂O₄在可见光区域（波长范围400～760nm）光催化降解污染物，提高了太阳光的利用率。

附图说明

图1是本发明实施例3制备的具有多孔结构的铁酸镍的XRD图；

图2是本发明实施例3制备的具有多孔结构的铁酸镍的孔径分布图；