IJP 国际期刊的Photoenergy 1687 - 529 x 1110 - 662 x Hindawi出版公司 10.1155 / 2015/428103 428103年 研究文章 提高光催化性能的新型铁3O4@SiO2/ Bi2SiO5分层纳米结构与磁性可恢复性 张 鑫鑫 1 越南盾 小丽 1 愣 流浪 1 马 Hongchao 1 张 Xiufang 1 奥马尔 艾哈迈德 轻工与化学工程学院 大连理工大学 大连116034 中国 dlpu.edu.cn 2015年 17 11 2015年 2015年 06 08年 2015年 25 10 2015年 2015年 版权©2015鑫鑫Zhang et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

磁性铁3O4@SiO2/ Bi2SiO5复合材料与小说分级利用溶胶-凝胶法和水热法合成了纳米结构的方法和通过扫描电子显微镜(SEM), x射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、x射线光电子能谱(XPS)和紫外可见漫反射光谱(紫外可见DRS)。发现铁的引入3O4@SiO2可以将Bi的形态吗2SiO5与织物结构密实平板空心分层体系结构。的铁3O4@SiO2/ Bi2SiO5综合显示增强的光降解活性艳红色染料的降解效率(X-3B)水溶液在模拟太阳光照射下,相比与商业P25。此外,铁3O4@SiO2/ Bi2SiO5复合材料表现出良好的磁可恢复性和优良的光催化稳定循环测试后(没有明显活动损失)。

 1。介绍

光催化作用已被广泛用于降解许多有机污染物( 1, 2]。在光催化过程中,光催化材料在实现其实际应用起到至关重要的作用。最近,bismuth-based催化剂得到了广泛报道由于其优异的光催化性能,比如Bi2地理5( 3),Bi2MoO6( 4, 5),Bi2我们6( 6),和Bi2SiO5( 7]。Bi2SiO5的家庭,由两个(Bi的交互2O2)2 +层和(SiO3)2−辉石层之间插入(Bi2O2)2 +层。(Bi2O2)2 +层是由飞机稍微扭曲的平方氧气。这些方块限制或者上方和下方的铋原子。SiO的扭曲的特征4四面体可能有利于分裂photogenerated电子和空穴。因此,良好的光催化活性的Bi2SiO5应该会 8, 9]。

然而,催化剂通常用作悬浮光催化过程。一些流程暂停催化剂分离是必要的,如离心和过滤。这些分离过程中,催化剂的一些损失是主要的缺点。为了克服这个问题,固定催化剂的各种轻易获得的材料包括玻璃珠( 10)、玻璃纤维( 11),和陶瓷板( 12研究了。然而,这些方法导致的光催化效率明显降低,因为减少表面积的催化剂涂层的支持。因此,有效去除纳米催化剂粉末处理过的水悬架是一个挑战的复苏的催化剂。

众所周知,磁性材料可以很容易地恢复通过应用磁场( 13, 14]。因此,如果光催化剂包含磁性材料、光催化剂的回收水系统通过应用外部磁场是有吸引力的商业应用程序。一般而言,磁性催化剂主要由催化剂涂层,惯性层(SiO2或铝2O3(Fe),磁芯材料3O4)[ 15, 16]。惯性层(SiO2或铝2O3)起着关键作用,以避免photodissolution磁芯材料的现象,这是一个电子之间的相互作用的催化剂涂层和磁芯。

在此,磁性铁3O4@SiO2/ Bi2SiO5与分层纳米结构复合材料制造的改进光催化性能和简单的分离。X-3B常见污染物的工业废水,被选为测试物质评估准备的催化剂的光催化性能。不仅引人注目,和复合材料表现出优异的光催化活性的退化X-3B也很容易回收通过外部磁场。

 2。实验部分 2.1。试剂和材料

Bi(不3)3h·52O, FeCl3h·62O,乙二醇,在北半球3·H2啊,原硅酸四乙酯(teo)、活性艳红色X-3B染料(X-3B)和Na2SiO3h·92O是购自天津化学试剂公司。所有这些试剂的基于“增大化现实”技术等级,使用前未经纯化。

 2.2。准备样品 2.2.1。制备铁<子> 3 < /订阅> O <子> 4 < /订阅>

典型的合成过程如下:0.1 FeCl3h·62啊,0.8 M醋酸钠,和0.09 M柠檬酸钠分散在60毫升乙二醇在室温下用电磁搅拌器1 h。取得时的混合物被转移到Teflon-lined不锈钢高压釜的容量100毫升,然后加热在200°C 12 h。最终产品收集磁铁,用去离子水和无水乙醇洗净几次然后干60°C 3 h在空气中。

 2.2.2。制备铁<子> 3 < /订阅> O <子> 4 < /订阅> @SiO 2 <子> < /订阅>

首先,0.75 g菲3O4基于redispersed成170毫升乙醇。混合物是由声波降解法均质后20分钟加1毫升氢氧化铵(NH)3·H2O)。在那之后,取得时的混合物是积极与机械搅拌器搅拌30分钟30°C;然后,1.0毫升原硅酸四乙酯(teo)是一滴一滴地引入解决方案。最终产品是由外部磁场。

 2.2.3。Praparation铁<子> 3 < /订阅> 4 O <子> < /订阅> @SiO 2 <子> < /订阅> / Bi 2 <子> < /订阅> SiO 5 <子> < /订阅>

在一个典型的过程( 7),所需的大量的铁3O4@SiO2基于(0、0.05、0.1、0.2和0.3 g)是分散在75毫升去离子水超声破碎法20分钟。然后,0.05 Bi(没有3)3h·52O和0.025 Na2SiO3h·92被添加到上面的暂停。溶液的pH值是通过添加NH调整到93·H2o .超声破碎法30分钟后,混合物被转移到Teflon-lined不锈钢高压釜然后加热在180°C 48 h。最后,高压釜是自然冷却到室温。收集产品和去离子水和无水乙醇清洗几次然后干在80°C 6 h。样品贴上BSO-0, bso - 0.05, bso - 0.1, bso - 0.2, bso - 0.3。此外,纯Bi2SiO5供参考也没有菲准备使用相同的方法3O4@SiO2纳米颗粒。

 2.3。特征

样品的形态显示使用扫描电子显微镜(SEM)地产6460 lv仪器(JEOL有限公司)在20 kV和配备了一个能量色散x射线分析仪(凤凰有限公司)。适用于样品的x射线衍射(XRD)分析了在6100年日本岛津公司XRD衍射仪(日本岛津公司有限公司)在40 kV和40 mA铜Ka辐射。傅里叶变换红外光谱(FTIR)日本岛津公司的产品记录IRAffinity-1(日本岛津公司有限公司)的一项决议4厘米−1。x射线光电子能谱(XPS)测量了VGESCALAB 250光谱仪(ThermoFisher科学)配备了全色盲者Al-Ka辐射源(1486.6 eV)。紫外可见漫反射光谱被记录在卡里- 100光谱仪(瓦里安有限公司)和贝索4被用作反射标准。

 2.4。光催化活性的测量

准备的催化剂催化活性的被测量的降解率估计X-3B (40 mg / L)阳光下在水溶液中。0.1 g的光催化剂添加石英反应器包含100毫升染料溶液与空气搅拌。采用400 W氙灯模拟太阳光。退化的过程中,一定体积下的悬架是采样间隔20分钟,然后立即离心去除粒子。溶液的吸光度测定的紫外- 1800电脑分光光度计在538 nm (MAPADA,中国),和降解率( R x )X-3B计算通过以下表达式: (1) R x = 一个 0 - - - - - - 一个 t 一个 0 × One hundred. % , 在这 一个 0 吸光度X-3B初始解和 一个 t 是X-3B溶液的吸光度。

 3所示。结果与讨论

铁的扫描电镜图像3O4@SiO2和菲3O4@SiO2/ Bi2SiO5复合材料在图所示 1。如图 1(一),菲3O4@SiO2粒子是球形统一大小,平均粒径约500海里。从图 1 (b),可以看出纯Bi2SiO5样品展示密实平板微观结构。然而,引入铁3O4@SiO2显然改变了Bi的形态和微观结构2SiO5(看到的数据 1 (c)- - - - - - 1 (f))。铁的引入3O4@SiO2Bi的形态2SiO5从密实平板与织物结构中空的分层体系结构。进一步的SEM观察表明,空心分层架构是由大量不规则nanosheets独家针织。此外,它也清楚地观察到越来越多的球铁3O4@SiO2纳米粒子表面嵌入空心层次Bi2SiO5架构与铁的增加3O4@SiO2载荷。层次Bi2SiO5架构拥有许多开放的毛孔self-arrangement nanosheets,这可能促进多个入射光的散射,导致一个增强的聚光能力。相信空心层次微观结构的理想材料潜在的应用在光催化过程。

扫描电镜的图像样本(Fe3O4@SiO2、(b) BSO-0 (c) bso - 0.05, (d) bso - 0.1, (e) bso - 0.2, (f) bso - 0.3)。

的相结构和样本检查通过粉末x射线衍射分析和图所示 2。对图 1(一),所有衍射峰铁可以被索引3O4阶段(JCPDS数量15 - 7609)。图 2(b-f)描述了XRD的有限元模式3O4@SiO2/ Bi2SiO5复合材料具有不同数量的铁3O4@SiO2。如图 2(b-f),所有衍射峰可以完全索引Bi的正方阶段2SiO5(JCPDS 36 - 0288)。没有铁的衍射峰3O4被检测到,这可能是归因于公司的Bi的磁核吗2SiO5微观结构。

x射线衍射模式的样本(Fe3O4@SiO2、(b) BSO-0 (c) bso - 0.05, (d) bso - 0.1, (e) bso - 0.2, (f) bso - 0.3)。

产品的组成和结构也由红外(IR)光谱。如图 3,典型的Fe-O拉伸乐队在584厘米−1可以发现在所有样本,表明存在复合材料的磁芯。的铁3O4@SiO2示例表明,弯曲,对称和非对称伸缩振动Si-O-Si 482厘米−1,790厘米−1,1083厘米−1,分别。此外,乐队由振动Si-O约1224厘米−1( 17也可以观察到在菲3O4@SiO2样本。这一结果表明,铁3O4微球被SiO包裹2。此外,Bi的特征带2SiO5可以从红外光谱观察铁吗3O4@SiO2/ Bi2SiO5复合,如Bi-O-Si振动在894厘米−1和1020厘米−1起源于(SiO5)6−。不过,菲3O4@SiO2/ Bi2SiO5复合材料仍然具有丰富的表面地债券位于1637厘米−1,从而提高光催化活性由于-哦为氧气提供大容量吸附( 18]。

(一)铁的红外光谱3O4、(b)铁3O4@SiO2,(c)菲3O4@SiO2/ Bi2SiO5。

铁的光学特性3O4@SiO2/ Bi2SiO5分层纳米结构也研究了紫外可见DRS。作为比较,Bi的光谱2SiO5和TiO2也被测量。如图 4Bi的强烈吸收2SiO5在紫外光区域是TiO的相似2,这表明,Bi2SiO5可以作为一种有效的光催化剂降解多种污染物( 7, 19]。值得注意的是,铁3O4@SiO2/ Bi2SiO5复合材料表现出较强的吸收在可见光区域,相比与样本Bi2SiO5。铁的质量分数的增加3O4@SiO2可见光的吸收强度地区变得更强,可以归因于磁芯产品介绍。显然,强烈的吸收在可见光区域有利于提高太阳光的利用率。

样品的紫外可见吸收光谱(P25(一),(b) BSO-0, (c) bso - 0.05, (d) bso - 0.1, (e) bso - 0.2,和0.3 (f) bso)。

 3.1。光催化活性分析

样品的光催化性能和测量模拟太阳能灯的照射之下。从图可以看出 5,Bi2SiO5和菲3O4@SiO2/ Bi2SiO5复合材料表现出更好的催化活性模拟太阳能灯的照射下,比P25。然而,和铁的活性3O4@SiO2/ Bi2SiO5复合材料不单调增加铁的增加3O4@SiO2内容。bso - 0.2示例显示最好的光催化活性,和辐照后的光降解率可以达到65%为120分钟。高铁催化活性的提高3O4@SiO2/ Bi2SiO5复合材料在模拟太阳光线照射可以归因于(1)铁的引入3O4@SiO2光谱响应范围的扩大和(2)空心层次结构可以促进多个入射光的散射,导致一个增强的聚光能力。

光催化性能的铁3O4@SiO2/ Bi2SiO5复合材料和P25。

铁的稳定性和磁性可恢复性3O4@SiO2/ Bi2SiO5复合材料也被调查。磁性测试执行如图中恢复 6。如图 6(一),菲3O4@SiO2/ Bi2SiO5复合分散在水溶液中很容易恢复由外部磁场。这个结果表明铁3O4@SiO2/ Bi2SiO5复合材料磁可恢复的。此外,回收利用bso - 0.2的光降解实验由于其高的活动。样品是由外部磁场想起每次循环。从图可以看出 6 (b)光催化剂的光催化活性并没有表现出明显的五轮后损失的活动。结果表明,铁3O4@SiO2/ Bi2SiO5复合光催化过程中具有良好的耐久性。

(一)铁的可恢复性3O4@SiO2/ Bi2SiO5复合材料在外部磁场(b)铁的稳定性和可恢复性3O4@SiO2/ Bi2SiO5合成的。

 4所示。结论

总之,空心层次铁3O4@SiO2/ Bi2SiO5复合材料与磁性可恢复性通过简单的水热法已经成功地准备。菲3O4@SiO2/ Bi2SiO5复合材料显示高催化活性在模拟太阳光线照射下,相比与纯粹的Bi2SiO5和P25。高铁的光催化性能3O4@SiO2/ Bi2SiO5可以归因于强劲的光吸收和聚光效率高的中空的层次结构。此外,合成磁性复合材料由外部磁场可以恢复,可以提高光催化剂的分离效率在废水处理。

 利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

 确认

这项研究是由中国国家自然科学基金(批准号21476033)和优秀人才培养计划的辽宁省科学技术厅(没有。201402610)。

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