[发明专利]一种具有核壳结构的Fe3

说明书

本发明属于光催化材料领域，公开了一种具有核壳结构的Fe₃C纳米粒子及其制备方法和应用。所述具有核壳结构的Fe₃C纳米粒子通过如下方法制备得到：将普鲁士蓝粉末在惰性气氛中加热至650～850℃煅烧1～5h，得到具有核壳结构的Fe₃C纳米粒子。将具有核壳结构的Fe₃C纳米粒子与g‑C₃N₄混合研磨，然后在惰性气氛中加热至150～450℃煅烧1～3h，得到复合材料。所得复合材料可应用于光催化产氢或光催化降解有机废水。本发明以普鲁士蓝作为原料，通过一步法煅烧合成Fe₃C纳米粒子，制备方法简单高效。得到的Fe₃C纳米粒子与g‑C₃N₄复合后可显著提高光催化产氢和光催化降解亚甲基蓝的效率。

技术领域

本发明属于光催化材料领域，具体涉及一种具有核壳结构的Fe₃C纳米粒子及其制备方法和应用。

背景技术

能源问题是当今制约世界经济发展最重要的问题。自从人类进入工业化时代以来，人类活动对周围环境引发了一系列的问题，造成了环境污染。随着人口的快速增长，人们对物质的需求日益增加，资源的过度消耗和废物污染物的排放使得环境问题日益严重。随着染料工业规模的不断扩大，染料和染料中间生产行业产生了大量的工业废水，已成为染料废水的主要来源。在染色原料生产中，90％的无机原料和10-30％的有机原料将被排放至水中。这些有害的工业废水对水环境造成了严重的污染。水体中的染料废水色度大，严重影响水体的透水性，直接导致水体生态系统的破坏。工业生产中的染料废水由于其浓度高、成分复杂，含有许多难生物降解的物质和无机盐、硫化物等，已成为环境污染的主要来源之一。

传统的有机染料废水处理方法有物理吸附法、生物处理法和化学氧化法。其中物理方法主要有吸附法(如活性炭、树脂、硅藻土等)、混凝沉淀法(需要添加混凝剂、助凝剂达到脱色效果)、磁选法、气体法。化学氧化法是一种强氧化性物质，如臭氧、过氧化氢、氯等，以达到净化废水的目的。有机染料废水深度处理效果较好，但存在净化过程能耗大、单一氧化剂对不同废水处理适应性差等缺点，处理效果不稳定。光催化降解技术作为一种新型的先进氧化技术，已引起国内外研究者的广泛关注，认为光催化降解技术在有机废水处理中的应用前景广阔。

化石能源利用具有高碳、低效率、不清洁的特点，因此造成的许多环境问题从本质上讲还是能源问题。清洁、高效和系统地应用清洁能源，包括太阳能、风能、水能、地热能、生物质能、潮汐能等可以做到对生态环境零污染或极低污染。大力发展清洁能源，不仅提供了充足的能源，保障了社会经济的发展，而且有利于改善环境。氢能是一种二次能源，具有清洁、无污染、效率高、重量轻、储运性能好、用途广泛等优点。然而，氢能需要以某种方式从其他能源中获得，最方便的途径便是电解水，另外还有一些生物制氢方法可用于制氢。目前，工业制氢方法主要是通过天然气、石油和煤在高温下与水反应制氢。大规模生产虽已实现，但无法满足可持续发展的要求。随着科学技术的不断发展，如果可以实现氢能的低成本，工业化大规模生产，以氢能作为主要能源可以有效改善环境污染和能源危机。在当前众多的制氢方法中，光解水作为一种新兴的技术利用太阳能从分解水获得氢气，是一种非常有潜力的制氢方法。