尖晶石型CuFe2O4多孔級納米纖維的制備及在水處理中的應用

張星宇 張立斌(通遼第五中學, 內蒙古 通遼 028000)

0 引言

工業污染日趨嚴重，有機污染物中含有苯類、酚類、蒽醌類及雜環類等不易被降解的污染物。工業廢水中有機污染一直都是處理廢水中的難點，同時也成為了現在國內外水污染治理急需解決的一大難題[1]。

尖晶石型鐵氧體是一種功能很多的半導體材料，尤其是一種重要的磁性材料。尖晶石型鐵氧體具有良好的物理和化學性質，它在磁學性能、氣敏性能、吸附性能和光催化性能等方面都具有很好的應用[2-3]。尖晶石型CuFe2O4的納米級超微粉體在光學性質、熱學性質、電學性質、磁學性質等眾多方面展現出許多新型的特性[4]。

尖晶石型CuFe2O4多孔級納米纖維未見報道，本文采用靜電紡絲技術制備了CuFe2O4多孔級納米纖維。并以感光廢液為降解物研究了CuFe2O4多孔級納米纖維的光催化性能。

圖1 復合纖維在800℃焙燒10h制備的樣品的XRD譜

1 實驗部分

1.1 XRD分析

圖1 為復合纖維在750℃煅燒10h后產物CuFe2O4的XRD 圖譜。從圖中可以看出，CuFe2O4的衍射峰(1 0 1)、(1 2 2)、(2 0 0)、(2 2 0)、 (2 1 1)、(3 2 1)、(2 2 4)，與 標 準 圖 譜PDF 34-425 相一致。經過比對可知，750℃下煅燒產物產生了雜相，經 Search-Match 分析，發現少量雜相為 Fe3O4，這是因為煅燒溫度不夠高，晶體沒有足夠的結晶動力，晶體生長不完全所致。樣品大部分都形成了CuFe2O4多孔級納米纖維。

1.2 FE-SEM分析

圖2為復合纖維在800℃焙燒后的樣品的FESEM照片。從圖2可以看出：纖維由平均粒徑80nm的顆粒疊加而成，表面呈現多孔結構，平均孔徑10nm，纖維平均直徑為180nm，長度大于500μm，由電鏡照片可知樣品為長徑比較大的CuFe2O4多孔級納米纖維。

圖2 復合纖維在800℃焙燒后樣品的FE-SEM照片

2 光催化性能實驗

2.1 催化劑投入量的影響

將經過750℃煅燒所得的CuFe2O4多孔級納米纖維，投入量分別為0.2g/L、0.5g/L、 1.0g/L、1.5g/L 對稀釋了300倍的感光廢液進行降解。降解效果如圖3所示。

圖3 CuFe2O4多孔級納米纖維對光催化活性的影響

由圖3可知CuFe2O4多孔級納米纖維投入量為0.2g/L-0.5g/L時，降解率逐漸增加時，當繼續增加CuFe2O4多孔級納米纖維投入量，光催化效果降低。這可能是因為當其濃度較小時，隨著CuFe2O4顆粒增多時，更多的光子被吸收，從而光催化降解反應速率變小，當催化劑濃度增大時，則會因懸浮的CuFe2O4多孔級納米纖維過多，引起光的散射作用增強致使輻射光強度在溶液中明顯衰減，使光激發的空穴數目減少，從而降低光催化劑的降解速率。從實驗可以看出4h時當CuFe2O4投入量為0.5g/L的降解率為85.01%，對感光廢液的降解率最高；此時COD去除率最低，所以0.5g/L的為最佳CuFe2O4多孔級納米纖維投入量，此時COD值為105mg/L，低于國家的120mg/L的COD排放標準。

3 結語

結果表明，當750℃煅燒得到的尖晶石型CuFe2O4多孔級納米纖維，其投入量為0.5g/L，經過4h紫外燈照射，感光廢液降解率為85.01%。

[1]沈根祥,張慧, 怖井一男.Fenton 反應研究進展[J].Science&technology information. 2007，34：24- 25.

[2]Tang J W, Zou Z G, Yin J,etc. Photocatalytic degradation of methylene blue on CaIn2O4 under visible light irradiation[J]. Chem. Phy.Lett,2003,(382):175-179.

[3]Ayana T,Tokushi S.Luminescence channels of manganese- doped spinel[J]. J.Lumin，2004，109:19-24. Mishra.

[4]邵海成.鐵氧體納米粒子的制備及表征[D].武漢:武漢理工大學,(碩士學位論文),2005: 23-24.