铁酸铜复合氧化物的制备及紫外光催化

　　染料、香料、农药等生产过程中排放大量有机废水，有机废水在自然界中暴露就有可能导致生物变异（致癌、致畸和致突变），因而污水处理有着极为重要的现实意义。近年来，多种高级氧化技术用于处理有机废水，如湿式氧化法、超临界水氧化法、Fenton试剂法和光催化氧化法等。其中，光催化氧化法由于具有降解无选择性、常温常压、无毒性、化学性质稳定、可重复利用和具有大规模利用太阳能的前景而备受关注。Fenton试剂Fe2O3H2O2不仅可氧化有机污染物，还生成羟基、自由基氧化更多有机物。
　　铁酸铜可作为反应的催化剂，尖晶石类铁酸铜由于其禁带宽度小、无光腐蚀，在可见光催化方面已有文献报道，但CuFe2O4的紫外光催化和吸附脱色活性研究并未见报道。本文以抗坏血酸为燃烧剂燃烧法制备铁酸铜，燃烧法制样工艺简单、无毒、安全，所制样品无须洗涤和煅烧，减少了二次污染。铁酸盐中三氧化二铁与双氧水作用形成Fenton试剂产生羟基，铁酸盐作为光催化剂产生羟基自由基和羧基自由基，将二者相结合提高有机污染物的分解。
　　1材料与方法
　　1。1仪器及药品
　　1。1。1仪器
　　UV1200型紫外可见分光光度计，上海精密仪器厂；DmaxRB12KwXRD衍射仪，日本理学转耙X射线衍射仪；HPL125W型紫外灯，飞利浦牌；LEO型扫描电镜，德国LEO公司；2608DM型多用电热套，山东鄄城化学仪器厂；碘钨灯，D2004W型电磁搅拌器，上海梅颖浦仪器制造有限公司；3H2000PS2全自动氮吸附微孔分布测试仪，贝士德仪器科技（北京）有限公司；WQF520型傅里叶变换红外光谱仪，北京瑞利分析仪器公司。
　　1。1。2配置试剂
　　（1）硝酸铁溶液称取8。08g硝酸铁放入100mL容量瓶中，加水至刻度线并摇匀，配置成0。2molL的溶液。
　　（2）硝酸铜溶液称取4。292g硝酸铜，放入100mL容量瓶中，加水至刻度线并摇匀，配制成0。2molL的溶液。
　　（3）抗坏血酸溶液称取17。613g抗坏血酸，放入250mL容量瓶中，加水至刻度线并摇匀，配制成0。4molL的溶液。
　　（4）罗丹明B溶液称取0。005g罗丹明B样品于烧杯中，然后用水溶解，置于500mL的容量瓶中，然后固定容积，配制出0。01gL的罗丹明B溶液。
　　2结果与讨论
　　2。1铁酸铜复合氧化物的XRD表征
　　硝酸铜、硝酸铁和抗坏血酸按照不同摩尔比制备复合氧化物的XRD衍射图。按照反应方程式，硝酸铜、硝酸铁和抗坏血酸摩尔比为121时，所生成的复合氧化物为CuFe2O4；当硝酸铜、硝酸铁和抗坏血酸摩尔比为231时，复合氧化物为Cu2Fe3O5。但XRD衍射峰表明复合氧化物皆为一种物质，即CuFe2O4，而且硝酸铜、硝酸铁和抗坏血酸摩尔比为231时CuFe2O4的XRD衍射峰最高，样品的结晶度最好。样品的特征衍射峰与尖晶石型铁酸铜标准卡片（JCPDS250283）相符。
　　2。2铁酸铜复合氧化物的电镜表征
　　燃烧法制备铁酸铜复合氧化物电镜和氧化铜的电镜及XRD表征。由图3（a）可以看出，氧化铜电镜表征为片状结构，粒径在300nm左右。铜的氧化物的XRD衍射谱图也可以看出，铜的氧化物不但有氧化铜还有氧化亚铜。
　　2。4铁酸铜复合氧化物的紫外表征
　　燃烧法制备铁酸铜复合氧化物的紫外吸收光谱图。由图4可以看出，硝酸铜、硝酸铁和抗坏血酸摩尔比不同时复合氧化物紫外吸收性能改变不大，大量文献报道铁酸铜在可见光区有较强的吸收，在本文用燃烧法制备的铁酸铜在可见光区未见吸收，而是在紫外光区有着较强的吸收，这可能是由于复合氧化物的制备工艺对其性质产生较大影响。Cu（NO3）3、Fe（NO3）3和C6H8O6摩尔比为231时，复合氧化物的紫外吸收边界值最大，其紫外吸收性能最佳。复合氧化物在276nm吸收峰随着铁的摩尔比减小，峰位置发生蓝移，紫外吸收峰的个数也在增多。这与产物的结构有关，由于产物XRD谱图中大部分为氧化铜的衍射峰，只有一个氧化铁的衍射峰，而氧化铜在紫外光吸收范围有较强的吸收，所以复合氧化物在紫外光区有强吸收，复合氧化物在吸收性能上更多呈现类似氧化铜紫外吸收性能。而氧化铁的复合使铜的紫外吸收性能发生蓝移，改变铜的紫外吸收性能。
　　2。5铁酸铜复合氧化物的比表面分析
　　复合氧化物的比表面积分析，由表1可以看出，复合氧化物中铁酸铜摩尔比不同，比表面积也不同，硝酸铜、硝酸铁和抗坏血酸摩尔比为231复合氧化物比表面积最大，复合氧化物比表面积增大代表着催化剂与反应溶液接触面积增大，催化性能提高。
　　2。6铁酸铜复合氧化物的光催化
　　复合氧化物的光催化条件考察实验结果。由图6可以看出，复合氧化物在紫外光照射下光催化性能不稳定，较为稳定的复合氧化物是硝酸铜硝酸铁抗坏血酸（摩尔比）为231和241的复合氧化物，当双氧水的用量为5mLL、pH值为6时，催化剂加入量为0。4gL时选择硝酸铜硝酸铁抗坏血酸（摩尔比）为231复合氧化物光催化效果越好。从图6中可以看出，硝酸铜硝酸铁抗坏血酸（摩尔比）为231时，复合氧化物对罗丹明B除了具有光催化性能外，还具有较好的吸附性能。30min时，复合氧化物并未进行光催化，只是暗箱吸附，所以在30min吸光值最低的点即吸附脱色效果最好。吸附剂仍然选择硝酸铜硝酸铁抗坏血酸（摩尔比）为231的复合氧化物，吸附剂用量也是0。4gL，不加双氧水，pH值为12时脱色效果最好，溶液的酸碱性对复合氧化物脱色效果影响最大。
　　3结论
　　以抗坏血酸为燃烧剂燃烧法制备铁酸铜复合氧化物，改变铁铜摩尔比制备出复合氧化物，以其为催化剂，在紫外灯光源下光催化罗丹明B，复合氧化物表现不同的光催化效果。当复合氧化物中硝酸铜、硝酸铁和抗坏血酸摩尔比为231和241时，紫外光催化效果较好。另外，当复合氧化物中硝酸铜、硝酸铁和抗坏血酸摩尔比为231时，复合氧化物还具有较好的吸附脱色效果。燃烧法制样工艺简单、无毒、安全，所制样品无须洗涤和煅烧，减少二次污染。