尖晶石型CuFe2O4多孔级纳米纤维的制备及在水处理中的应用

张星宇 张立斌(通辽第五中学, 内蒙古 通辽 028000)

0 引言

工业污染日趋严重，有机污染物中含有苯类、酚类、蒽醌类及杂环类等不易被降解的污染物。工业废水中有机污染一直都是处理废水中的难点，同时也成为了现在国内外水污染治理急需解决的一大难题[1]。

尖晶石型铁氧体是一种功能很多的半导体材料，尤其是一种重要的磁性材料。尖晶石型铁氧体具有良好的物理和化学性质，它在磁学性能、气敏性能、吸附性能和光催化性能等方面都具有很好的应用[2-3]。尖晶石型CuFe2O4的纳米级超微粉体在光学性质、热学性质、电学性质、磁学性质等众多方面展现出许多新型的特性[4]。

尖晶石型CuFe2O4多孔级纳米纤维未见报道，本文采用静电纺丝技术制备了CuFe2O4多孔级纳米纤维。并以感光废液为降解物研究了CuFe2O4多孔级纳米纤维的光催化性能。

图1 复合纤维在800℃焙烧10h制备的样品的XRD谱

1 实验部分

1.1 XRD分析

图1 为复合纤维在750℃煅烧10h后产物CuFe2O4的XRD 图谱。从图中可以看出，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)，与 标 准 图 谱PDF 34-425 相一致。经过比对可知，750℃下煅烧产物产生了杂相，经 Search-Match 分析，发现少量杂相为 Fe3O4，这是因为煅烧温度不够高，晶体没有足够的结晶动力，晶体生长不完全所致。样品大部分都形成了CuFe2O4多孔级纳米纤维。

1.2 FE-SEM分析

图2为复合纤维在800℃焙烧后的样品的FESEM照片。从图2可以看出：纤维由平均粒径80nm的颗粒叠加而成，表面呈现多孔结构，平均孔径10nm，纤维平均直径为180nm，长度大于500μm，由电镜照片可知样品为长径比较大的CuFe2O4多孔级纳米纤维。

图2 复合纤维在800℃焙烧后样品的FE-SEM照片

2 光催化性能实验

2.1 催化剂投入量的影响

将经过750℃煅烧所得的CuFe2O4多孔级纳米纤维，投入量分别为0.2g/L、0.5g/L、 1.0g/L、1.5g/L 对稀释了300倍的感光废液进行降解。降解效果如图3所示。

图3 CuFe2O4多孔级纳米纤维对光催化活性的影响

由图3可知CuFe2O4多孔级纳米纤维投入量为0.2g/L-0.5g/L时，降解率逐渐增加时，当继续增加CuFe2O4多孔级纳米纤维投入量，光催化效果降低。这可能是因为当其浓度较小时，随着CuFe2O4颗粒增多时，更多的光子被吸收，从而光催化降解反应速率变小，当催化剂浓度增大时，则会因悬浮的CuFe2O4多孔级纳米纤维过多，引起光的散射作用增强致使辐射光强度在溶液中明显衰减，使光激发的空穴数目减少，从而降低光催化剂的降解速率。从实验可以看出4h时当CuFe2O4投入量为0.5g/L的降解率为85.01%，对感光废液的降解率最高；此时COD去除率最低，所以0.5g/L的为最佳CuFe2O4多孔级纳米纤维投入量，此时COD值为105mg/L，低于国家的120mg/L的COD排放标准。

3 结语

结果表明，当750℃煅烧得到的尖晶石型CuFe2O4多孔级纳米纤维，其投入量为0.5g/L，经过4h紫外灯照射，感光废液降解率为85.01%。

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

[4]邵海成.铁氧体纳米粒子的制备及表征[D].武汉:武汉理工大学,(硕士学位论文),2005: 23-24.