鉆鐵酸鹽對多種染料模擬環(huán)境廢水的降解活性

　　CoFe2O4是一種非常重要的無機(jī)半導(dǎo)體材料，在環(huán)境凈化以及降解有機(jī)廢水方面取得了一定的應(yīng)用。一般半導(dǎo)體材料的性質(zhì)強(qiáng)烈的依賴合成方法，因此，?用適當(dāng)?shù)姆椒ê铣蒀oFe2O4光催化劑來提高它的光催化活性具有重要的研究意義。目前，合成CoFe2O4光催化劑的方法很多，包括溶膠凝膠法、水熱法、燃燒合成法、共沉淀法、溶劑熱法、有機(jī)物反應(yīng)法以及聚丙烯酰胺凝膠法。在這些方法中，聚丙烯酰胺凝膠法是一種有效的合成金屬氧化物半導(dǎo)體光催化劑的新方法。但是，該方法在合成半導(dǎo)體光催化劑的過程中具有兩大缺點(diǎn)：一是合成過程中容易產(chǎn)生臭味污染環(huán)境;二是使用的丙烯酰胺具有毒性，容易導(dǎo)致人和動物致癌。本文?用新穎的輻照輔助溶膠凝膠法合成CoFe2O4光催化劑，有效避免了上述兩大缺點(diǎn)，并以多種染料模擬環(huán)境廢水來研究該催化劑的光催化活性。

　　一、實(shí)驗(yàn)

　　1.1 CoFe2O4的合成

　　稱取一定量可溶性的硝酸鉆和硝酸鐵，按次序緩慢加入有20mL去離子水的燒杯中，直到兩種試劑完全溶解。隨后，加入與金屬離子摩爾比例為1.2：1的檸檬酸去絡(luò)合兩種金屬離子。待反應(yīng)完全后，將溶液轉(zhuǎn)移至帶瓶蓋的玻璃瓶中，在強(qiáng)紫外光下輻照48h。之后，將溶液升溫至80°C，獲得凝膠體。將凝膠體置入干燥箱中120°C干燥24h，獲得干凝膠。將干凝膠研磨并在500°C燒結(jié)，獲得CoFe2O4光催化劑。

　　1.2 CoFe2O4的表征

　　采用2550PC型X射線粉末衍射儀對CoFe2O4的相純度和晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征；采用PE2000型傅里葉紅外光譜儀對CoFe2O4的官能團(tuán)進(jìn)行表征；采用721分光光度計對模擬染料廢水的光催化活性進(jìn)行表征。

　　二、結(jié)果與討論

　　CoFe2O4的相純度和晶體結(jié)構(gòu)可通過XRD進(jìn)行檢測，圖1給出了CoFe2O4的XRD圖。從圖中可以看出，晶面指數(shù)為(111)、(220)、(311)、(222)、(331)、(440)和(531)均屬于立方相的CoFe2O4的衍射峰，JCPDS卡片號為22-1086。由此可知，采用輻照輔助溶膠凝膠法可獲得純相的CoFe2O4光催化劑。

　　圖2是CoFe2O4的紅外光譜圖。由圖可知，在500-4000cm-1波數(shù)范圍內(nèi)可觀察到七個明顯的特征峰分別位于3348、2955、1697、1464、1197、680和527cm-1其中，3348和1697cm-1的特征峰主要由伸縮振動和彎曲振動的吸附水所引起。2955、1464、1197、680和527cm-1的特征峰分別可歸因于C-H伸縮振動、C-H彎曲振動、N-H伸縮振動、金屬在四面體位置的本征伸縮振動和八面體金屬伸縮振動。從圖中可知，該樣品還含有少量有機(jī)物的官能團(tuán)。

　　圖3是CoFe2O4的光催化活性圖，廢水原液為混合了三種染料包括甲基橙、羅丹明B和甲基藍(lán)的溶液，每種染料的濃度為0.5g/L，催化劑含量為1g/L。當(dāng)使用CoFe2O4同時降解三種染料時，經(jīng)過4h光照，其降解率分別為50%、92%和25%。結(jié)果表明，催化劑對染料降解有選擇性。

　　三、結(jié)論

　　采用輻照輔助溶膠凝膠法制備了CoFe2O4光催化劑，其XRD衍射峰對應(yīng)的JCPDS卡片號為22-1086。紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)，除了CoFe2O4對應(yīng)的振動峰外，還包含一些有機(jī)物的官能團(tuán)。用三種染料包括甲基橙、羅丹明B和甲基藍(lán)模擬廢水，采用CoFe2O4光催化劑對其進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該催化劑對染料降解具有選擇性。(來源：蘇州市張家港環(huán)境監(jiān)測站)