一种可磁性分离的石墨烯基锌铁混合双金属氧化物光催化剂的制备方法及其应用
阅读：1022发布：2020-06-09
专利汇可以提供一种可磁性分离的石墨烯基锌铁混合双金属氧化物光催化剂的制备方法及其应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种可 磁性 分离的 石墨 烯基锌 铁 混合双金属 氧 化物光催化剂的制备方法及其应用，其特征在于：包括，将氧化石墨置于蒸馏 水 中进行超声分散处理，配制氧化石墨悬浮液；将 硝酸 锌和硝酸铁溶解于蒸馏水中形成金属盐溶液；将金属盐溶液加入氧化石墨悬浮液中，持续均匀形成金属盐-氧化石墨 混合液 ；用 碱 性溶液调节金属盐-氧化石墨混合液的pH至7～8.5，搅拌均匀后，25～40℃共沉淀反应12～18h，过滤，收集沉淀物，洗涤，干燥得到锌铁双金属氢氧化物/氧化 石墨烯 前驱体， 煅烧 反应，得所述光催化剂。得到的光催化剂大大了改善其光催化降解 四环素 的性能，且制备工艺简单，条件易控，制备过程绿色环保、成本低，适合大规模的生产。，下面是一种可磁性分离的石墨烯基锌铁混合双金属氧化物光催化剂的制备方法及其应用专利的具体信息内容。
1.一种可磁性分离的石墨烯基锌铁混合双金属氧化物复合光催化剂的制备方法，其特征在于：包括，
将氧化石墨置于蒸馏水中进行超声分散处理，配制成浓度为14.7～49.2g/L的氧化石墨悬浮液；
将硝酸锌和硝酸铁溶解于蒸馏水中形成金属盐溶液，其中，硝酸锌和硝酸铁的摩尔比为2:1，金属盐溶液中硝酸铁浓度为10.1g/L；
将金属盐溶液加入氧化石墨悬浮液中，持续搅拌60min，形成金属盐-氧化石墨混合液，其中，以体积比计，金属盐溶液：氧化石墨悬浮液为1:1；
用碱性溶液调节金属盐-氧化石墨混合液的pH至8～10，搅拌均匀后，25～40℃共沉淀反应12～18h，过滤，收集沉淀物，洗涤，干燥得到锌铁双金属氢氧化物/氧化石墨烯前驱体；
将锌铁双金属氢氧化物/氧化石墨烯前驱体置于管式炉中进行煅烧反应，得所述复合光催化剂。
2.如权利要求1所述的可磁性分离的石墨烯基锌铁混合双金属氧化物复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述将氧化石墨置于蒸馏水中进行超声分散处理，超声时间为
10min，超声功率为250W，超声频率为40kHz。
3.如权利要求1所述的可磁性分离的石墨烯基锌铁混合双金属氧化物复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述碱性溶液，由氢氧化钠和碳酸钠组成，其摩尔比为2:1；其中，所述碱性溶液中氢氧化钠摩尔浓度为1mol/L。
4.如权利要求1所述的可磁性分离的石墨烯基锌铁混合双金属氧化物复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述共沉淀反应，共沉淀反应温度为40℃，反应时间为12h。
5.如权利要求1所述的可磁性分离的石墨烯基锌铁混合双金属氧化物复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述洗涤，洗涤剂为无水乙醇，洗涤次数为3次。
6.如权利要求1所述的可磁性分离的石墨烯基锌铁混合双金属氧化物复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述干燥得到锌铁双金属氢氧化物/氧化石墨烯前驱体，干燥温度为60～80℃，干燥时间为12～14h。
7.如权利要求1所述的可磁性分离的石墨烯基锌铁混合双金属氧化物复合光催化剂的制备方法，其特征在于：所述煅烧反应，煅烧时气体氛围为N2或Ar中的一种，煅烧温度为450～600℃，升温速率为2.5～10℃/min，煅烧时间为2～4h。
8.如权利要求1～7任一所述的可磁性分离的石墨烯基锌铁混合双金属氧化物复合光催化剂的制备方法制得的可磁性分离的石墨烯基锌铁混合双金属氧化物复合光催化剂，其特征在于：所述可磁性分离的锌铁混合双金属氧化物均匀地生长在片状石墨烯上，锌铁混合双金属氧化物与石墨烯的质量比为100：5～15。
9.如权利要求8所述的的可磁性分离的石墨烯基混合双金属氧化物复合光催化剂在降解四环素中的应用。
一种可磁性分离的石墨烯基锌铁混合双金属氧化物光催化剂
的制备方法及其应用
技术领域
[0001] 本发明属于磁性催化剂领域，具体涉及一种可磁性分离的石墨烯基锌铁混合双金属氧化物光催化剂的制备方法及其应用。
背景技术
[0002] 过去几十年来，水污染已成为影响我们健康的严重的环境问题。为了有效去除水中的化学污染物(如抗生素残留物)，半导体介导的光催化技术由于其耗能低，环保而引起研究人员的广泛关注。目前，研究人员开发了各种用于水污染修复的光催化剂，如金属氧化物，金属硫化物，层状双金属氢氧化物，混合双金属氧化物等。在这些光催化剂中，作为新一代光催化剂的混合双金属氧化物(MMO)由于其独特的光学特性和良好的热稳定性而被认为是有前景的光催化材料。
[0003] 目前，由于MMO的易团聚和电子-空穴对的快速重组，会造成其光催化活性降低，从而限制了其实际应用，且往往制备MMO工艺较为复杂，进一步限制了其工业化应用。因此，复合合适的载体，促进光生电子-空穴对的分离，抑制纳米颗粒的团聚，有效地改善MMO的光催化性能的同时，实现制备工艺简单、绿色环保，易于实现工业化应用是当前亟待解决的问题。
发明内容
[0004] 本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
[0005] 鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。
[0006] 因此，本发明其中一个目的是实现工业化制备石墨烯基混合双金属氧化物复合光催化剂，克服现有技术的不足，提供一种制备工艺简单，条件易控，制备过程绿色环保，制备成本低的复合光催化剂制备方法。
[0007] 为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：一种可磁性分离的石墨烯基混合双金属氧化物光催化剂的制备方法，包括，将氧化石墨置于蒸馏水中进行超声分散处理，配制成浓度为14.7～49.2g/L的氧化石墨悬浮液；将硝酸锌和硝酸铁溶解于蒸馏水中形成金属盐溶液，其中，硝酸锌和硝酸铁的摩尔比为2:1，金属盐溶液中硝酸铁浓度为10.1g/L；将金属盐溶液加入氧化石墨悬浮液中，持续搅拌60min，形成金属盐-氧化石墨混合液，其中，以体积比计，金属盐溶液：氧化石墨悬浮液为1:1；用碱性溶液调节金属盐-氧化石墨混合液的pH至8～10，搅拌均匀后，25～40℃共沉淀反应12～18h，过滤，收集沉淀物，洗涤，干燥得到锌铁双金属氢氧化物/氧化石墨烯前驱体；将锌铁双金属氢氧化物/氧化石墨烯前驱体置于管式炉中进行煅烧反应，得所述复合光催化剂。
[0008] 作为本发明所述可磁性分离的石墨烯基锌铁混合双金属氧化物复合光催化剂的制备方法的一种优选方案，其中：所述将氧化石墨置于蒸馏水中进行超声分散处理，超声时间为10min，超声功率为250W，超声频率为40kHz。
[0009] 作为本发明所述可磁性分离的石墨烯基锌铁混合双金属氧化物复合光催化剂的制备方法的一种优选方案，其中：所述碱性溶液，由氢氧化钠和碳酸钠组成，其摩尔比为2:1；其中，所述碱性溶液中氢氧化钠摩尔浓度为1mol/L。
[0010] 作为本发明所述可磁性分离的石墨烯基锌铁混合双金属氧化物复合光催化剂的制备方法的一种优选方案，其中：共沉淀反应，共沉淀反应温度为40℃，反应时间为12h。
[0012] 作为本发明所述可磁性分离的石墨烯基锌铁混合双金属氧化物复合光催化剂的制备方法的一种优选方案，其中：所述干燥得到锌铁双金属氢氧化物/氧化石墨烯前驱体，干燥温度为60～80℃，干燥时间为12～14h。
[0013] 作为本发明所述可磁性分离的石墨烯基锌铁混合双金属氧化物复合光催化剂的制备方法的一种优选方案，其中：所述煅烧反应，煅烧时气体氛围为N2或Ar中的一种，煅烧温度为450～600℃，升温速率为2.5～10℃/min，煅烧时间为2～4h。
[0014] 本发明另一个目的是制备出一种对四环素具有优异光催化降解性能的复合光催化剂，提供一种制备可磁性分离且具有优异光催化降解性能的复合光催化剂。
[0015] 为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：一种可磁性分离的石墨烯基锌铁混合双金属氧化物复合光催化剂，其特征在于：所述可磁性分离的锌铁混合双金属氧化物均匀地生长在片状石墨烯上，锌铁混合双金属氧化物与石墨烯的质量比为100：5～15。
[0016] 作为本发明所述可磁性分离的石墨烯基锌铁混合双金属氧化物复合光催化剂在降解四环素中的应用。
[0017] 本发明的有益效果：
[0018] (1)本发明通过低温共沉淀法制备出LDH/GO前驱体，通过对前驱体进行煅烧处理，得到该高效稳定且可磁性分离的可见光石墨烯基混合双金属氧化物光催化剂，制得的光催化剂不仅有效地抑制了MMO的团聚，而且促进了MMO中光生电子-空穴对的分离，能大大改善其光催化降解四环素的性能，实现了石墨烯基混合双金属氧化物光催化剂的制备及光催化降解抗生素废水中四环素的目的。
[0019] (2)本发明采用低温共沉淀法(40℃，10h)再煅烧制得本发明所述光催化剂，相比采用高温水热法(100℃，14h)，制备时间相对较短，合成温度相对较低以及共沉淀法制备的前驱体产量比水热法制备前驱体产量高，采用低温共沉淀-煅烧法，与高温水热法相比成本更低。本发明所制备的可磁性分离的石墨烯基混合双金属氧化物光催化剂的制备工艺简单，条件易控，制备过程绿色环保，制备成本低，适合大规模的生产以及应用。
[0021] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0022] 图1为实施例3所制备的可磁性分离的可见光石墨烯基混合双金属氧化物光催化剂的SEM图。
[0023] 图2为实施例3所制备的可磁性分离的可见光石墨烯基混合双金属氧化物光催化剂的TEM图。
[0024] 图3为实施例1～5和对照实施例2制得的光催化剂的降解图。
[0025] 图4为实施例3和对照实施例1～3制得的光催化的降解图。
[0026] 图5为实施例3所制备的可磁性分离的可见光石墨烯基混合双金属氧化物光催化剂在可见光下对四环素的循环降解图。
[0027] 图6为实施例3所制备的可磁性分离的可见光石墨烯基混合双金属氧化物光催化剂在可见光下循环降解前后的XRD图。
具体实施方式
[0028] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0029] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0030] 其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0031] 实施例1
[0032] (1)将氧化石墨置于蒸馏水中进行超声分散处理(超声时间10min，超声功率250W，超声频率40kHz)，配制成浓度为14.7g/L的氧化石墨悬浮液；
[0033] (2)将2mmol硝酸锌和1mmol硝酸铁溶解于蒸馏水中形成金属盐溶液，其中，金属盐溶液中硝酸铁浓度为10.1g/L；再将金属盐溶液加入氧化石墨悬浮液中，持续搅拌60min，形成金属盐-氧化石墨混合液，其中，以体积比计，金属盐溶液：氧化石墨悬浮液为1:1；
[0034] (3)碱性溶液的配制：将氢氧化钠和碳酸钠混合，其摩尔比为2:1；其中，所述碱性溶液中氢氧化钠摩尔浓度为1mol/L；
[0035] (4)用配制的碱性溶液调节金属盐-氧化石墨混合液的pH至8，搅拌均匀后，进行共沉淀反应，其中，共沉淀反应温度为25℃，共沉淀反应时间为18h。
[0036] (5)将(4)中反应产物进行过滤后，无水乙醇洗涤3次，并在80℃下干燥12h，得到前驱体为ZnFe LDH/GO5(ZFLG5)；
[0037] (6)将ZFLG5前驱体置于管式炉中，在N2氛围下以2.5℃/min的速率升温至450℃并在该温度下保温4h，得到产物为ZnFe MMO/RGO5(ZFMR5)；
[0038] (7)将所制备的ZFMR5光催化剂在可见光下降解四环素以测其光催化活性(在500W氙灯照射下，用0.25g/L的催化剂降解40mL浓度为10mg/L的TC溶液)，发现在120min内四环素降解率达到76.5％。
[0039] 实施例2
[0040] (1)将氧化石墨置于蒸馏水中进行超声分散处理(超声时间10min，超声功率250W，超声频率40kHz)，配制成浓度为为21.0g/L的氧化石墨悬浮液；
[0041] (2)将2mmol硝酸锌和1mmol硝酸铁溶解于蒸馏水中形成金属盐溶液，其中，金属盐溶液中硝酸铁浓度为10.1g/L；再将金属盐溶液加入氧化石墨悬浮液中，持续搅拌60min，形成金属盐-氧化石墨混合液，其中，以体积比计，金属盐溶液：氧化石墨悬浮液为1:1；
[0042] (3)碱性溶液的配制：将氢氧化钠和碳酸钠混合，其摩尔比为2:1；其中，所述碱性溶液中氢氧化钠摩尔浓度为1mol/L；
[0043] (4)用配制的碱性溶液调节金属盐-氧化石墨混合液的pH至8.5，持续搅拌0.5h，进行共沉淀反应，其中，共沉淀反应温度为40℃，共沉淀反应时间为12h。
[0044] (5)将(4)中反应产物进行过滤后，无水乙醇洗涤3次，并在60℃下干燥14h，得到前驱体为ZnFe LDH/GO7(ZFLG7)；
[0045] (6)将ZFLG7前驱体置于管式炉中，在Ar氛围下以10℃/min的速率升温至600℃并在该温度下保温2h，得到产物为ZnFe MMO/RGO7(ZFMR7)；
[0046] (7)将所制备的ZFMR7光催化剂在可见光下降解四环素以测其光催化活性(在500W氙灯照射下，用0.25g/L的催化剂降解40mL浓度为10mg/L的TC溶液)，发现在120min内四环素降解率达到82.4％。
[0047] 实施例3
[0048] (1)将氧化石墨置于蒸馏水中进行超声分散处理(超声时间10min，超声功率250W，超声频率40kHz)，配制成浓度为为31.0g/L的氧化石墨悬浮液；
[0049] (2)将2mmol硝酸锌和1mmol硝酸铁溶解于蒸馏水中形成金属盐溶液，其中，金属盐溶液中硝酸铁浓度为10.1g/L；再将金属盐溶液加入氧化石墨悬浮液中，持续搅拌60min，形成金属盐-氧化石墨混合液，其中，以体积比计，金属盐溶液：氧化石墨悬浮液为1:1；
[0050] (3)碱性溶液的配制：将氢氧化钠和碳酸钠混合，其摩尔比为2:1；其中，所述碱性溶液中氢氧化钠摩尔浓度为1mol/L；
[0051] (4)用配制的碱性溶液调节金属盐-氧化石墨混合液的pH至10，持续搅拌0.5h，进行共沉淀反应，其中，共沉淀反应温度为40℃，共沉淀反应时间为12h。
[0052] (5)将(4)中反应产物进行过滤后，无水乙醇洗涤3次，并在60℃下干燥12h，得到前驱体为ZnFe LDH/GO10(ZFLG10)；
[0053] (6)将ZFLG10前驱体置于管式炉中，在N2氛围下以5℃/min的速率升温至550℃并在该温度下保温3h，得到产物为ZnFe MMO/RGO10(ZFMR10)。
[0054] 通过SEM和TEM分别对ZFMR10纳米复合材料的形貌和微观结构进行表征，分别见图1和图2。图1中的纳米复合材料的SEM图表明ZnO和ZnFe2O4纳米颗粒锚定在起皱的RGO上。图2中的纳米复合材料的TEM表明ZnO和ZnFe2O4纳米颗粒均匀分散在透明起皱的RGO片上，与SEM的结果很好地吻合。
[0055] (7)将所制备的ZFMR10光催化剂在可见光下降解四环素以测其光催化活性(在500W氙灯照射下，用0.25g/L的催化剂降解40mL浓度为10mg/L的TC溶液)，发现在120min内四环素降解率达到100％。
[0056] 稳定性和可重复使用性是评估光催化剂实用性的重要性质，在25℃时可见光的照射下，本发明进行了5次循环实验以评估ZFMR10对TC的光催化降解的稳定性和可重复使用性。实验中ZFMR10的用量为10mg和TC为10mg/L(40mL)。如图5所示，在连续五次测试后，ZFMR10的光催化降解效率仍可保持在94％，表明光催化剂具有良好的可重复使用性。此外，ZFMR10样品在五次连续光催化反应前后的XRD图谱显示该催化剂没有明显的差异(图6)，表明本发明制备的催化剂具有良好的稳定性。
[0057] 实施例4
[0058] (1)将氧化石墨置于蒸馏水中进行超声分散处理(超声时间10min，超声功率250W，超声频率40kHz)，配制成浓度为为41.7g/L的氧化石墨悬浮液；
[0059] (2)将2mmol硝酸锌和1mmol硝酸铁溶解于蒸馏水中形成金属盐溶液，其中，金属盐溶液中硝酸铁浓度为10.1g/L；再将金属盐溶液加入氧化石墨悬浮液中，持续搅拌60min，形成金属盐-氧化石墨混合液，其中，以体积比计，金属盐溶液：氧化石墨悬浮液为1:1；
[0060] (3)碱性溶液的配制：将氢氧化钠和碳酸钠混合，其摩尔比为2:1；其中，所述碱性溶液中氢氧化钠摩尔浓度为1mol/L；
[0061] (4)用配制的碱性溶液调节金属盐-氧化石墨混合液的pH至9，持续搅拌0.5h，进行共沉淀反应，其中，共沉淀反应温度为40℃，共沉淀反应时间为12h。
[0062] (5)将(4)中反应产物进行过滤后，无水乙醇洗涤3次，并在60℃下干燥12h，得到前驱体为ZnFe LDH/GO13(ZFLG13)；
[0063] (6)将ZFLG13前驱体置于管式炉中，在N2氛围下以5℃/min的速率升温至550℃并在该温度下保温3h，得到产物为ZnFe MMO/RGO13(ZFMR13)；
[0064] (7)将所制备的ZFMR13光催化剂在可见光下降解四环素以测其光催化活性(在500W氙灯照射下，用0.25g/L的催化剂降解40mL浓度为10mg/L的TC溶液)，发现在120min内四环素降解率达到88.2％。
[0065] 实施例5
[0066] (1)将氧化石墨置于蒸馏水中进行超声分散处理(超声时间10min，超声功率250W，超声频率40kHz)，配制成浓度为为49.2g/L的氧化石墨悬浮液；
[0067] (2)将2mmol硝酸锌和1mmol硝酸铁溶解于蒸馏水中形成金属盐溶液，其中，金属盐溶液中硝酸铁浓度为10.1g/L；再将金属盐溶液加入氧化石墨悬浮液中，持续搅拌60min，形成金属盐-氧化石墨混合液，其中，以体积比计，金属盐溶液：氧化石墨悬浮液为1:1；
[0068] (3)碱性溶液的配制：将氢氧化钠和碳酸钠混合，其摩尔比为2:1；其中，所述碱性溶液中氢氧化钠摩尔浓度为1mol/L；
[0069] (4)用配制的碱性溶液调节金属盐-氧化石墨混合液的pH至8，持续搅拌0.5h，进行共沉淀反应，其中，共沉淀反应温度为40℃，共沉淀反应时间为12h。
[0070] (5)将(4)中反应产物进行过滤后，无水乙醇洗涤3次，并在60℃下干燥12h，得到前驱体为ZnFe LDH/GO15(ZFLG15)；
[0071] (6)将ZFLG15前驱体置于管式炉中，在N2氛围下以5℃/min的速率升温至550℃并在该温度下保温3h，得到产物为ZnFe MMO/RGO15(ZFMR15)；
[0072] (7)将所制备的ZFMR15光催化剂在可见光下降解四环素以测其光催化活性(在500W氙灯照射下，用0.25g/L的催化剂降解40mL浓度为10mg/L的TC溶液)，发现在120min内四环素降解率达到80.3％。
[0073] 对照实施例1
[0074] (1)将2mmol硝酸锌和1mmol硝酸铁溶解于蒸馏水中形成金属盐溶液，其中，金属盐溶液中硝酸铁浓度为10.1g/L；
[0075] (2)碱性溶液的配制：将氢氧化钠和碳酸钠混合，其摩尔比为2:1；其中，所述碱性溶液中氢氧化钠摩尔浓度为1mol/L；
[0076] (3)用配制的碱性溶液调节金属盐溶液的pH至8，持续搅拌0.5h，进行共沉淀反应，其中，共沉淀反应温度为40℃，共沉淀反应时间为12h。
[0077] (4)将(3)中反应产物进行过滤后，无水乙醇洗涤3次，并在60℃下干燥12h，得到产物为ZnFe LDH(ZFL)；
[0078] (5)将所制备的ZFL光催化剂在可见光下降解四环素以测其光催化活性(在500W氙灯照射下，用0.25g/L的催化剂降解40mL浓度为10mg/L的TC溶液)，发现在120min内四环素降解率达到57.8％。
[0079] 对照实施例2
[0080] (1)将2mmol硝酸锌和1mmol硝酸铁溶解于蒸馏水中形成金属盐溶液，其中，金属盐溶液中硝酸铁浓度为10.1g/L；
[0081] (3)碱性溶液的配制：将氢氧化钠和碳酸钠混合，其摩尔比为2:1；其中，所述碱性溶液中氢氧化钠摩尔浓度为1mol/L；
[0082] (4)用配制的碱性溶液调节金属盐溶液的pH至7，持续搅拌0.5h，进行共沉淀反应，其中，共沉淀反应温度为40℃，共沉淀反应时间为12h。
[0083] (5)将(4)中反应产物进行过滤后，无水乙醇洗涤3次，并在60℃下干燥12h，得到产物为ZnFe LDH(ZFL)；
[0084] (6)将ZFL前驱体置于管式炉中，在N2氛围下以5℃/min的速率升温至550℃并在该温度下保温3h，得到产物为ZnFe MMO(ZFM)；
[0085] (7)将所制备的ZFM光催化剂在可见光下降解四环素以测其光催化活性(在500W氙灯照射下，用0.25g/L的催化剂降解40mL浓度为10mg/L的TC溶液)，发现在120min内四环素降解率达到64.9％。
[0086] 通过在可见光照射下降解TC来评估合成后的光催化剂的光催化降解性能。图3显示了ZFMRX(分别为X＝0,5,7,10,13和15wt％)对可见光照射下TC降解的光催化活性。在黑暗中，随着RGO(还原氧化石墨烯)含量的增加，ZFMRX对TC(四环素)的吸附能力逐渐提高。这是因为添加了具有大比表面积和π共轭平面的RGO，其提供了更多的TC吸附位点，促进了TC分子与RGO之间的π-π相互作用。
[0087] 在达到吸附-脱附平衡后，在可见光的照射下，随着ZFMRX纳米复合材料中RGO的含量的提高，TC的光催化降解速率增加。当RGO的含量增加至10％时，光催化降解率达到100％。这可能是因为RGO的加入抑制了ZFM的聚集，暴露了更多的光催化活性位点，并有效地抑制了光生电子-空穴对的复合。此外，目标分子在光催化剂上的吸附是光降解的先决条件，随着光催化剂中RGO含量的增加，吸附位点增多，光降解活性随之增强。但是，当RGO含量增加超过10％时，ZFMRX的光降解活性开始下降。这可能是因为RGO的进一步增加降低了ZFM的含量，而且ZFM颗粒被RGO包裹，导致光催化剂的光催化活性位点的减少，从而降低了光降解活性。此外，过量的RGO还会阻碍光催化剂对可见光的响应，导致光降解效率降低。
[0088] 对照实施例3
[0089] (1)将氧化石墨置于蒸馏水中进行超声分散处理(超声时间10min，超声功率250W，超声频率40kHz)，配制成浓度为为31.0g/L的氧化石墨悬浮液；
[0090] (2)将2mmol硝酸锌和1mmol硝酸铁溶解于蒸馏水中形成金属盐溶液，其中，金属盐溶液中硝酸铁浓度为10.1g/L；再将金属盐溶液加入氧化石墨悬浮液中，持续搅拌60min，形成金属盐-氧化石墨混合液，其中，以体积比计，金属盐溶液：氧化石墨悬浮液为1:1；
[0091] (3)碱性溶液的配制：将氢氧化钠和碳酸钠混合，其摩尔比为2:1；其中，所述碱性溶液中氢氧化钠摩尔浓度为1mol/L；
[0092] (4)用配制的碱性溶液调节金属盐-氧化石墨混合液的pH至8，持续搅拌0.5h，进行共沉淀反应，其中，共沉淀反应温度为40℃，共沉淀反应时间为12h。
[0093] (5)将(4)中反应产物进行过滤后，无水乙醇洗涤3次，并在60℃下干燥12h，得到前驱体为ZnFe LDH/GO10(ZFLG10)；
[0094] (6)将所制备的ZFLG10光催化剂在可见光下降解四环素以测其光催化活性(在500W氙灯照射下，用0.25g/L的催化剂降解40mL浓度为10mg/L的TC溶液)，发现在120min内四环素降解率达到70.2％。
[0095] 不同光催化剂对降解TC的光催化降解活性，如图4所示，在可见光照射下，使用ZFL，ZFM，ZFLG10和ZFMR10作为光催化剂对TC分别进行光催化降解，其降解率分别为58％，65％，70％和100％。不难发现，ZFMR10的光催化降解活性最强，这表明ZFM与RGO之间存在协同效应，RGO的偶联和ZFL的煅烧处理有利于促进其催化活性。
[0096] 对照实施例4
[0097] (1)将氧化石墨置于蒸馏水中进行超声分散处理(超声时间10min，超声功率250W，超声频率40kHz)，配制成浓度为为31.0g/L的氧化石墨悬浮液；
[0098] (2)将2mmol硝酸锌和1mmol硝酸铁溶解于蒸馏水中形成金属盐溶液，其中，金属盐溶液中硝酸铁浓度为10.1g/L；再将金属盐溶液加入氧化石墨悬浮液中，持续搅拌60min，形成金属盐-氧化石墨混合液，其中，以体积比计，金属盐溶液：氧化石墨悬浮液为1:1；
[0099] (3)碱性溶液的配制：将氢氧化钠和碳酸钠混合，其摩尔比为2:1；其中，所述碱性溶液中氢氧化钠摩尔浓度为1mol/L；
[0100] (4)用配制的碱性溶液调节金属盐-氧化石墨混合液的pH至8，持续搅拌0.5h，在100℃下水热反应14h。
[0101] (5)将(4)中反应产物进行过滤后，无水乙醇洗涤3次，并在60℃下干燥12h，得到前驱体为ZnFe LDH/GO10(ZFLG10)；
[0102] (6)将ZFLG10前驱体置于管式炉中，在N2氛围下以5℃/min的速率升温至550℃并在该温度下保温3h，得到产物为ZnFe MMO/RGO10(ZFMR10)。
[0103] 表1实施例3和对照实施例4比较
[0104] 沉淀反应时间(h) 沉淀反应温度(℃) ZFLG10产量(g)
实施例3 12 40 0.3
对照实施例4 14 100 0.2
实施例3 12 40 0.3
对照实施例4 14 100 0.2
[0105] 从表1可以看出，在相同条件下，用配制的碱性溶液调节金属盐-氧化石墨混合液的pH至7，持续搅拌0.5h后，低温共沉淀法(40℃，10h)相比于水热法(100℃，14h)，此法合成温度相对较低、能耗较低，制备时间较短，且制备的前驱体产量比水热法制备前驱体产量高。因此，本发明所制备的可磁性分离的石墨烯基混合双金属氧化物光催化剂的制备工艺简单，条件易控，制备过程绿色环保，制备成本低，适合大规模的生产以及应用。
[0106] 本发明中的石墨烯基ZnFe混合双金属氧化物是通过先制备层状ZnFe双金属氢氧化物(LDH)/氧化石墨烯(GO)前驱体后，进行煅烧得到的产物，由于ZnFeLDH/GO前驱体中的金属阳离子预先排布，这样可以实现煅烧后混合双金属氧化物中良好的金属分散，这样会有利于该复合物的性能改善。此外，本发明中的复合物包含了两种氧化物为ZnO和ZnFe2O，催化性能也会因此有所提高。
[0107] 同时，发明人使用ZFL，ZFM，ZFLG10和ZFMR10作为光催化剂对TC分别进行光催化降解，其降解率分别为58％，65％，70％和100％，表明ZFM与RGO之间存在协同效应，RGO的偶联和ZFL的煅烧处理有利于促进其催化活性。当RGO的含量增加至10％时，光催化降解率达到100％，光催化降解率达最大值，但当RGO含量增加超过10％时，ZFMRX的光降解活性开始下降。这可能是因为RGO的进一步增加降低了ZFM的含量，而且ZFM颗粒被RGO包裹，导致光催化剂的光催化活性位点的减少，从而降低了光降解活性。此外，过量的RGO还会阻碍光催化剂对可见光的响应，导致光降解效率降低。
[0108] 发明人发现，通过调节pH为8时，金属离子即可较好的沉淀，40℃的提高前驱体的制备温度可以获得较好的结晶度，与此同时，12h的反应时间有利于提高前驱体的结晶度，过长的时间会导致能源的浪费。本发明采用低温共沉淀法(40℃，12h)再煅烧制得本发明所述光催化剂，相比采用高温水热法(100℃，14h)，制备时间相对较短，合成温度相对较低以及共沉淀法制备的前驱体产量比水热法制备前驱体产量高，因此采用低温共沉淀-煅烧法，与高温水热法相比成本更低。同时，发明人还发现，本发明制备的MMO/RGO可磁性分离，可回收利用5次后，光催化降解效率仍可保持在94％，表明光催化剂具有良好的可重复使用性，具有良好的稳定性。本发明所制备的可磁性分离的石墨烯基混合双金属氧化物光催化剂的制备工艺简单，条件易控，制备过程绿色环保，制备成本低，适合大规模的生产以及应用。
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