專利名稱：一種利用錫鐵礦制備鐵酸鋅光催化材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光催化新材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種利用錫鐵礦制備鐵酸鋅光催化材料的方法，采用濕化學(xué)法提取鐵，并用溶膠凝膠法制備光催化材料鐵酸鋅粉體。
背景技術(shù)：
在當(dāng)前資源緊缺、環(huán)境壓力增大的情況下，加強(qiáng)礦產(chǎn)資源綜合利用的是節(jié)約資源和合理利用資源的有效途徑。礦產(chǎn)綜合利用的一個(gè)重要領(lǐng)域是研究開發(fā)具有特殊性能的礦物新材料，提升資源價(jià)值。充分認(rèn)識(shí)礦物的特殊性質(zhì)，并應(yīng)用這些性質(zhì)開發(fā)新材料，可以為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供新材料來源。采取切實(shí)有效的措施推進(jìn)礦產(chǎn)資源綜合利用科技進(jìn)步，對(duì)于環(huán)保和經(jīng)濟(jì)發(fā)展是十分重要的。
廣西大廠錫鐵礦，除含Sn外，伴生有大量的Ca，F(xiàn)e等金屬，這些共伴生元素的總價(jià)值不亞于錫礦本身，具有巨大的潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值，如何有效利用和回收該礦體，減少損失，降低成本，提高開發(fā)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，是當(dāng)前面臨的主要課題。
納米鐵酸鋅是近年來開始合成、研究的一種半導(dǎo)體，它具有光電轉(zhuǎn)化性能，不發(fā)生化學(xué)或者光化學(xué)腐蝕等特性，被認(rèn)為是一種有潛在價(jià)值的太陽能轉(zhuǎn)換材料；禁帶寬度小，具有很高的光催化活性及對(duì)可見光敏感的半導(dǎo)體催化劑。在很多文獻(xiàn)中已報(bào)道，直接摻雜少量鐵酸鋅納米粒子的二氧化鈦光催化材料中，可以使光催化活性提高很多，因此鐵酸鋅顯示出誘人的應(yīng)用前景。探索從尾礦中提取鐵元素，制備納米鐵酸鋅并研究其光催化性能，不僅對(duì)有機(jī)污水處理有重要的環(huán)保意義，而且可以有效利用礦產(chǎn)資源，制備高附加值產(chǎn)品，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。
目前在國內(nèi)雖然在制備鐵酸鋅的技術(shù)領(lǐng)域中有關(guān)于用分析純通過共沉淀、溶膠凝膠法等制備不同用途性能的鐵酸鋅，但是用錫鐵礦制備光催化材料鐵酸鋅的專利還沒有，因此本發(fā)明是一種新技術(shù)、新工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種一種利用錫鐵礦制備鐵酸鋅光催化材料的方法，一是對(duì)尾礦進(jìn)行有價(jià)元素的回收，實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用；二是實(shí)現(xiàn)了制備工藝簡單，成本低廉，制備出一種高附加值產(chǎn)品，具有光催化性能的生態(tài)環(huán)保材料。
本發(fā)明的工藝步驟為(1)粉碎用電磁制樣機(jī)粉碎錫鐵礦，過0.074mm篩；(2)焙燒將原料在800～950℃下焙燒2h～3h，保溫完畢自然冷卻至室溫；(3)酸洗室溫下，用濃鹽酸酸洗，酸洗時(shí)間為20～24h，使鐵等可溶性離子進(jìn)入溶液中；(4)沉淀用濃氨水調(diào)節(jié)濾液Ph值到5～5.5，陳化1-2h后，過濾，得到氫氧化鐵沉淀；(5)溶解將氫氧化鐵沉淀溶于少量濃硝酸，按Zn/Fe摩爾比為1∶1.5～2.5，添加分析純氧化鋅，再加入無水乙醇，調(diào)節(jié)鋅離子的濃度為0.1～0.25mol/l；(6)絡(luò)合劑根據(jù)摩爾配比檸檬酸/鐵和鋅離子＝1.5～2.5∶1稱取絡(luò)合劑檸檬酸，用無水乙醇溶解，調(diào)節(jié)檸檬酸的濃度為0.4～0.65mol/l；(7)溶膠將檸檬酸的無水乙醇溶劑倒入鐵和鋅的硝酸溶液中，并用磁力攪拌器攪拌均勻，在水浴中55～75℃下絡(luò)合反應(yīng)0.5～1h，得到棕紅色溶膠；(8)焙燒室溫下，將溶膠陳化2～3天后放入80℃的烘箱中干燥10～15小時(shí)，可得棕黃色泡沫狀前驅(qū)體，然后在400～600℃下焙燒，升溫速率為2～4℃/min，保溫時(shí)間為2～3h，保溫完畢至自然冷卻到室溫；(9)研磨將焙燒后的樣品研磨，微粒的比表面積在11.26m2/g～48.85m2/g范圍內(nèi)；(10)光催化在石英槽中放入濃度為8mg/L～12mg/L，pH值為3.14～4.45的甲基橙溶液100ml，加入鐵酸鋅粉體450～550mg，再滴加0.1～0.3ml濃雙氧水，超聲波分散制備的懸浮液光催化體20～40min，調(diào)節(jié)光源到燒杯側(cè)面距離為20cm進(jìn)行照射；先用增氧泵向懸浮液中鼓氣，數(shù)分鐘后開啟光源照射30～90min，將光催化降解后的懸浮液用離心機(jī)分離2～3次，取上層清液用紫外可見分光光度計(jì)測(cè)試吸光度，從而計(jì)算可得光催化降解率。
本發(fā)明的有點(diǎn)在于1、制備的新型光催化粉體是由尖晶石型的半導(dǎo)體組成的光催化劑，可見光響應(yīng)；2、光催化粉體的粒度為納米尺寸，有利于光催化活性的提高，且易從懸浮體中回收重復(fù)利用。
3、工藝操作簡單，成本低，對(duì)實(shí)現(xiàn)尾礦的綜合利用有很重要的意義。


圖1是本發(fā)明制備光催化材料鐵酸鋅粉體的工藝流程圖具體實(shí)施方式
以下通過對(duì)實(shí)施例的描述來介紹本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
實(shí)施例1此實(shí)施例中所用的錫鐵礦的化學(xué)成分為Fe 45.5％～48.7％，S 30.3％～36.5％，Si10.3％～12.2％，Sn 1.6372％，其他成分余量。
將原料粉粹至粒徑小于0.074mm，在900℃下焙燒3h，用濃鹽酸酸洗24h，過濾，在濾液中滴加濃雙氧水(5g/L)，氧化2h，使Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+；用濃氨水調(diào)節(jié)濾液Ph值到5.5，過濾氫氧化鐵沉淀并洗滌；溶于少量濃硝酸，按Zn/Fe摩爾比為1∶2，添加適量分析純氧化鋅，再加入適量無水乙醇，調(diào)節(jié)鋅離子的濃度為0.2mol/l；根據(jù)摩爾配比檸檬酸/鐵和鋅離子＝2.5∶1，稱取絡(luò)合劑檸檬酸，用適量無水乙醇溶解，調(diào)節(jié)檸檬酸的濃度為0.5mol/l；將檸檬酸的無水乙醇溶劑緩慢倒入鐵和鋅的硝酸溶液中，用磁力攪拌器攪拌均勻，在水浴中70℃下絡(luò)合反應(yīng)半小時(shí)，得到棕紅色溶膠；室溫下，將溶膠陳化2天后放入80℃的烘箱中干燥12小時(shí)，可得棕黃色泡沫狀前驅(qū)體，然后在400℃下焙燒，升溫速率為2℃/min，保溫時(shí)間為3h；將焙燒后的樣品研磨，微粒的比表面積為23.46m2/g。
在石英槽中放入濃度為10mg/L，pH值為4.45的甲基橙溶液100ml，加入鐵酸鋅粉體500mg，再滴加0.1ml濃雙氧水，超聲波分散制備的懸浮液光催化體30min，調(diào)節(jié)光源到燒杯側(cè)面距離為20cm進(jìn)行照射。先用增氧泵向懸浮液中鼓氣，數(shù)分鐘后開啟光源照射60min。將光催化降解后的懸浮液用離心機(jī)分離兩次，取中上層清液，用紫外可見分光光度計(jì)測(cè)試溶液吸光度，從而計(jì)算可得光催化降解率為14.65％。
實(shí)施例2本實(shí)施例所用的初始原料及工藝步驟與實(shí)施例1相同，所不同的是光催化粉體是在600℃下熱處理的，焙燒后的樣品研磨，比表面積為48.85m2/g；光催化活性測(cè)試表明實(shí)施例制備的光催化粉體對(duì)甲基橙溶液的光催化降解率為26.76％。
實(shí)施例3本實(shí)施例所用的初始原料及工藝步驟與實(shí)施例1相同，所不同的是光催化粉體是在800℃下熱處理的，焙燒后的樣品研磨，比表面積為11.26m2/g；光催化活性測(cè)試表明實(shí)施例制備的光催化粉體對(duì)甲基橙溶液的光催化降解率為21.07％。
權(quán)利要求
1.一種利用錫鐵礦制備鐵酸鋅光催化材料的方法，其特征在于工藝步驟為(1)粉碎用電磁制樣機(jī)粉碎錫鐵礦，過0.074mm篩；(2)焙燒將原料在800～950℃下焙燒2h～3h，保溫完畢自然冷卻至室溫；(3)酸洗室溫下，用濃鹽酸酸洗，酸洗時(shí)間為20～24h，使鐵等可溶性離子進(jìn)入溶液中；(4)沉淀用濃氨水調(diào)節(jié)濾液Ph值到5～5.5，陳化1-2h后，過濾，得到氫氧化鐵沉淀；(5)溶解將氫氧化鐵沉淀溶于少量濃硝酸，按Zn/Fe摩爾比為1∶1.5～2.5，添加分析純氧化鋅，再加入無水乙醇，調(diào)節(jié)鋅離子的濃度為0.1～0.25mol/l；(6)絡(luò)合劑根據(jù)摩爾配比檸檬酸/鐵和鋅離子＝1.5～2.5∶1稱取絡(luò)合劑檸檬酸，用無水乙醇溶解，調(diào)節(jié)檸檬酸的濃度為0.4～0.65mol/l；(7)溶膠將檸檬酸的無水乙醇溶劑倒入鐵和鋅的硝酸溶液中，并用磁力攪拌器攪拌均勻，在水浴中55～75℃下絡(luò)合反應(yīng)0.5～1h，得到棕紅色溶膠；(8)焙燒室溫下，將溶膠陳化2～3天后放入80℃的烘箱中干燥10～15小時(shí)，可得棕黃色泡沫狀前驅(qū)體，然后在400～600℃下焙燒，升溫速率為2～4℃/min，保溫時(shí)間為2～3h，保溫完畢至自然冷卻到室溫；(9)研磨將焙燒后的樣品研磨，微粒的比表面積在11.26m2/g～48.85m2/g范圍內(nèi)；(10)光催化在石英槽中放入濃度為8mg/L～12mg/L，pH值為3.14～4.45的甲基橙溶液100ml，加入鐵酸鋅粉體450～550mg，再滴加0.1～0.3ml濃雙氧水，超聲波分散制備的懸浮液光催化體20～40min，調(diào)節(jié)光源到燒杯側(cè)面距離為20cm進(jìn)行照射；先用增氧泵向懸浮液中鼓氣，數(shù)分鐘后開啟光源照射30～90min，將光催化降解后的懸浮液用離心機(jī)分離2～3次，取上層清液用紫外可見分光光度計(jì)測(cè)試吸光度，從而計(jì)算可得光催化降解率。
全文摘要
一種利用錫鐵礦制備鐵酸鋅光催化材料的方法，屬于光催化新材料技術(shù)領(lǐng)域。工藝為將原料進(jìn)行磨礦，過篩，焙燒，酸洗，沉淀，溶解，制備鐵酸鋅粉體，光催化。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于制備的新型光催化粉體是由尖晶石型的半導(dǎo)體組成的光催化劑，可見光響應(yīng)；光催化粉體的粒度為納米尺寸，有利于光催化活性的提高，且易從懸浮體系中回收重復(fù)利用。該方法既有利于環(huán)保，又為礦產(chǎn)資源的綜合利用開辟了一條新途徑。
文檔編號(hào)C02F1/72GK101073774SQ20071009979
公開日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2007年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月30日
發(fā)明者徐利華, 王緩, 邸云萍, 張興瓊, 連芳, 蘇家紅 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)