[紫外光,氧化物]鐵酸銅復(fù)合氧化物的制備及紫外光催化

鐵酸銅復(fù)合氧化物的制備及紫外光催化

染料、香料、農(nóng)藥等生產(chǎn)過程中排放大量有機(jī)廢水，有機(jī)廢水在自然界中暴露就有可能

導(dǎo)致生物變異(致癌、致畸和致突變)，因而污水處理有著極為重要的現(xiàn)實意義。近年來，多

種高級氧化技術(shù)用于處理有機(jī)廢水，如濕式氧化法、超臨界水氧化法、Fenton 試劑法和光催

化氧化法等。其中，光催化氧化法由于具有降解無選擇性、常溫常壓、無毒性、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)

定、可重復(fù)利用和具有大規(guī)模利用太陽能的前景而備受關(guān)注。Fenton 試劑 Fe2O3/H2O2不僅

可氧化有機(jī)污染物，還生成羥基、自由基氧化更多有機(jī)物。

鐵酸銅可作為反應(yīng)的催化劑，尖晶石類鐵酸銅由于其禁帶寬度小、無光腐蝕，在可見光

催化方面已有文獻(xiàn)報道，但 CuFe2O4的紫外光催化和吸附脫色活性研究并未見報道。本文以

抗壞血酸為燃燒劑燃燒法制備鐵酸銅，燃燒法制樣工藝簡單、無毒、安全，所制樣品無須洗

滌和煅燒，減少了二次污染。鐵酸鹽中三氧化二鐵與雙氧水作用形成Fenton 試劑產(chǎn)生羥基，

鐵酸鹽作為光催化劑產(chǎn)生羥基自由基和羧基自由基，將二者相結(jié)合提高有機(jī)污染物的分解。

1 材料與方法

1.1 儀器及藥品

1.1.1 儀器

UV-1200 型紫外-可見分光光度計，上海精密儀器廠;D/maxRB12KwXRD 衍射儀，日本理學(xué)

轉(zhuǎn)耙X 射線衍射儀;HPL-125W 型紫外燈，飛利浦牌;LEO 型掃描電鏡，德國 LEO 公司;2608DM

型多用電熱套，山東鄄城化學(xué)儀器廠;碘鎢燈，D2004W型電磁攪拌器，上海梅穎浦儀器制造

有限公司;3H-2000PS2 全自動氮吸附微孔分布測試儀，貝士德儀器科技(北京)有限公司;WQF-

520 型傅里葉變換紅外光譜儀，北京瑞利分析儀器公司。

1.1.2 配置試劑

(1)硝酸鐵溶液 稱取 8.08g 硝酸鐵放入100mL 容量瓶中，加水至刻度線并搖勻，配置

成0.2mol/L 的溶液。

(2)硝酸銅溶液 稱取 4.292g 硝酸銅，放入100mL 容量瓶中，加水至刻度線并搖勻，配

制成0.2mol/L 的溶液。

(3)抗壞血酸溶液 稱取 17.613g 抗壞血酸，放入 250mL 容量瓶中，加水至刻度線并搖

勻，配制成 0.4mol/L 的溶液。

(4)羅丹明 B 溶液 稱取 0.005g 羅丹明 B 樣品于燒杯中，然后用水溶解，置于 500mL

的容量瓶中，然后固定容積，配制出 0.01g/L 的羅丹明 B溶液。

2 結(jié)果與討論

2.1 鐵酸銅復(fù)合氧化物的 XRD 表征

硝酸銅、硝酸鐵和抗壞血酸按照不同摩爾比制備復(fù)合氧化物的 XRD 衍射圖。按照反應(yīng)

方程式，硝酸銅、硝酸鐵和抗壞血酸摩爾比為 1∶2∶1 時，所生成的復(fù)合氧化物為 CuFe2O4;

當(dāng)硝酸銅、硝酸鐵和抗壞血酸摩爾比為 2∶3∶1 時，復(fù)合氧化物為 Cu2Fe3O5。但 XRD 衍

射峰表明復(fù)合氧化物皆為一種物質(zhì)，即 CuFe2O4，而且硝酸銅、硝酸鐵和抗壞血酸摩爾比為

2∶3∶1 時 CuFe2O4的 XRD 衍射峰最高，樣品的結(jié)晶度最好。樣品的特征衍射峰與尖晶石

型鐵酸銅標(biāo)準(zhǔn)卡片(JCPDS 25-0283)相符。

2.2 鐵酸銅復(fù)合氧化物的電鏡表征

燃燒法制備鐵酸銅復(fù)合氧化物電鏡和氧化銅的電鏡及 XRD 表征。由圖 3(a)可以看出，

氧化銅電鏡表征為片狀結(jié)構(gòu)，粒徑在 300nm左右。銅的氧化物的 XRD 衍射譜圖也可以看出，

銅的氧化物不但有氧化銅還有氧化亞銅。

2.4 鐵酸銅復(fù)合氧化物的紫外表征

燃燒法制備鐵酸銅復(fù)合氧化物的紫外吸收光譜圖。由圖 4 可以看出，硝酸銅、硝酸鐵和

抗壞血酸摩爾比不同時復(fù)合氧化物紫外吸收性能改變不大，大量文獻(xiàn)報道鐵酸銅在可見光區(qū)

有較強(qiáng)的吸收，在本文用燃燒法制備的鐵酸銅在可見光區(qū)未見吸收，而是在紫外光區(qū)有著較

強(qiáng)的吸收，這可能是由于復(fù)合氧化物的制備工藝對其性質(zhì)產(chǎn)生較大影響。Cu(NO3)3、Fe(NO3)3

和 C6H8O6摩爾比為 2∶3∶1 時，復(fù)合氧化物的紫外吸收邊界值最大，其紫外吸收性能最

佳。復(fù)合氧化物在 276nm 吸收峰隨著鐵的摩爾比減小，峰位置發(fā)生藍(lán)移，紫外吸收峰的個數(shù)

也在增多。這與產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)有關(guān)，由于產(chǎn)物 XRD譜圖中大部分為氧化銅的衍射峰，只有一個

氧化鐵的衍射峰，而氧化銅在紫外光吸收范圍有較強(qiáng)的吸收，所以復(fù)合氧化物在紫外光區(qū)有

強(qiáng)吸收，復(fù)合氧化物在吸收性能上更多呈現(xiàn)類似氧化銅紫外吸收性能。而氧化鐵的復(fù)合使銅

的紫外吸收性能發(fā)生藍(lán)移，改變銅的紫外吸收性能。

2.5 鐵酸銅復(fù)合氧化物的比表面分析

復(fù)合氧化物的比表面積分析，由表 1 可以看出，復(fù)合氧化物中鐵酸銅摩爾比不同，比表

面積也不同，硝酸銅、硝酸鐵和抗壞血酸摩爾比為 2∶3∶1 復(fù)合氧化物比表面積最大，復(fù)合

氧化物比表面積增大代表著催化劑與反應(yīng)溶液接觸面積增大，催化性能提高。

2.6 鐵酸銅復(fù)合氧化物的光催化

復(fù)合氧化物的光催化條件考察實驗結(jié)果。由圖 6 可以看出，復(fù)合氧化物在紫外光照射

下光催化性能不穩(wěn)定，較為穩(wěn)定的復(fù)合氧化物是硝酸銅∶硝酸鐵∶抗壞血酸(摩爾比)為 2∶

3∶1 和 2∶4∶1 的復(fù)合氧化物，當(dāng)雙氧水的用量為 5mL/L、pH值為 6 時，催化劑加入量

為 0.4g/L 時選擇硝酸銅∶硝酸鐵∶抗壞血酸(摩爾比)為 2∶3∶1 復(fù)合氧化物光催化效果

越好。從圖 6 中可以看出，硝酸銅∶硝酸鐵∶抗壞血酸(摩爾比)為 2∶3∶1 時，復(fù)合氧化

物對羅丹明 B 除了具有光催化性能外，還具有較好的吸附性能。30min 時，復(fù)合氧化物并未

進(jìn)行光催化，只是暗箱吸附，所以在 30min 吸光值最低的點(diǎn)即吸附脫色效果最好。吸附劑仍

然選擇硝酸銅∶硝酸鐵∶抗壞血酸(摩爾比)為 2∶3∶1 的復(fù)合氧化物，吸附劑用量也是

0.4g/L，不加雙氧水，pH 值為 12 時脫色效果最好，溶液的酸堿性對復(fù)合氧化物脫色效果影

響最大。

3 結(jié) 論

以抗壞血酸為燃燒劑燃燒法制備鐵酸銅復(fù)合氧化物，改變鐵銅摩爾比制備出復(fù)合氧化物，

以其為催化劑，在紫外燈光源下光催化羅丹明 B，復(fù)合氧化物表現(xiàn)不同的光催化效果。當(dāng)復(fù)

合氧化物中硝酸銅、硝酸鐵和抗壞血酸摩爾比為 2∶3∶1 和 2∶4∶1 時，紫外光催化效果

較好。另外，當(dāng)復(fù)合氧化物中硝酸銅、硝酸鐵和抗壞血酸摩爾比為 2∶3∶1 時，復(fù)合氧化物

還具有較好的吸附脫色效果。燃燒法制樣工藝簡單、無毒、安全，所制樣品無須洗滌和煅燒，

減少二次污染。