[发明专利]一种铁基光催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明涉及光催化技术领域，尤其涉及一种铁基光催化剂的制备方法及应用，制备方法包括以下步骤：(1)将有机配体加入到有机溶剂中，得有机配体溶液；(2)在有机配体溶液中加入铁盐，得反应液；(3)将反应液进行溶剂热反应得粗产物，洗涤，干燥后，得铁基光催化剂。本发明通过负载特定的有机配体，扩大铁基催化剂的光响应范围，使其能被可见光激发，实现可见光催化降解染料废水，制备方法简单，条件易于控制，易于产业化。

技术领域

本发明涉及光催化技术领域，尤其涉及一种铁基光催化剂的制备方法及应用。

背景技术

近年来，随着工业的快速发展，印染废水的排放越来越多，给环境带来的很多污染，严重影响生态环境。现有的印染废水的处理工艺存在着能耗高，周期长，处理效果不佳等问题，亟需一种绿色环保的高效处理法。

光催化还原反应可以直接利用洁净、无价、永恒的太阳能，其体系简便易控，因此正成为人们研究的一个重要方向。为提高光催化效率，人们一直致力于寻找高催化活性和高选择性的光催化剂。

铁元素来源丰富、廉价且无毒，铁基光催化剂具有较窄的禁带宽度，相比于其他金属具有更好的光吸收与激发特性。中国专利文献上公开了“一种铁基光催化剂及其降解罗丹明B的应用”，其申请公布号为CN109794293A，该发明的铁基光催化剂由有机胺配体和金属铁盐配合而成，通过负载合适的配体扩大了铁基催化剂的光响应范围，使其能被可见光激发，实现可见光下罗丹明B的降解。但是，该铁基催化剂的制备过程比较复杂，依赖于表面活性剂来调控，且应用的染料范围较窄。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术中存在的问题，提供了一种具有可见光催化性能的铁基光催化剂的制备方法，该方法操作简单，条件易于控制，易于产业化。

本发明还提供了一种由上述方法制得的铁基光催化剂在在可见光催化降解染料废水中的应用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种铁基光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)在氩气气氛中将有机配体(ligand C)加入到有机溶剂中，得有机配体溶液；该步骤在氩气气氛中进行，是为了保护配体，防止配体与空气接触变质；

(2)在有机配体溶液中加入铁盐，得反应液；

(3)将反应液进行溶剂热反应得粗产物，洗涤，干燥后，得铁基光催化剂；

步骤(1)中，所述有机配体(ligand C)的结构式为：

本发明通过负载特定的有机配体(ligand C)，扩大了铁基催化剂的光响应范围，使其能被可见光激发，实现可见光下染料的高效降解。具体的机理为：负载了上述有机配体的催化剂颗粒在受到可见光激发后，产生电子空穴对，而氮杂环卡宾配体中的孤对电子可以快速地和空穴复合，降低光生电子空穴对的复合几率，从而提高光生电子的利用率，提高光催化效率。

作为优选，步骤(1)中，所述有机溶剂由体积比为1:1的N-N二甲基甲酰胺(DMF)和乙醇组成。上述有机溶剂组合具有易溶解铁盐和配体，促进结晶的效果。

作为优选，步骤(2)中，所述铁盐选自氧化铁、氧化铁的水合物、硫酸铁和硫酸铁的水合物中的一种。三价的铁盐易氧化形成氧化铁。

作为优选，步骤(2)中，溶剂热反应的温度为180～220℃，反应时间为10～16h。溶剂热反应温度过低或过高均会导致结晶失败。

作为优选，步骤(1)中，所述有机配体溶液的浓度为0.1～0.4mol/L。

作为优选，所述铁盐与有机配体的摩尔比为(0.01～100)：1。铁盐与有机配体的配比很关键，有机配体的负载量过大会导致溶剂热结晶失败，过小会导致催化剂失去活性。