摘要：本文采用甘氨酸法制备铁酸锶，700℃煅烧时间分别为4h、5h和6h，并用XRD对制备的SrFeO3系列进行表征，选择出最理想的煅烧时间为4h，然后在高压汞灯条件下研究SrFeO3的用量对酸性红B的光催化降解的效果，并用等量的SrFeO3分别对酸性红B、酸性品红及活性翠蓝的降解率进行对比，主要考察了催化剂的用量，反应时间等因素对降解率的影响。结果表明SrFeO3能有效的降解酸性红B，降解率最大可达90.40%。
关键词：甘氨酸法；光催化降解；酸性红B
引 言
多年来，很多人对稀土和碱土与过渡金属形成的钙钛矿型复合氧化物光催化剂的合成与降解染料溶液的活性进行了研究【1】。桑丽霞等【2】以溶胶凝胶法合成了钙钛矿型SrFeO3，并指出其具有非常引人注目的光催化活性。本文采用甘氨酸方法合成了SrFeO3，并进一步深入研究了它的焙烧时间等制备条件及其光催化活性的影响因素。这些实验结果对光催化反应机理研究或高效光催化剂的制备具有一定意义。
1 实验部分
1.1 制备SrFeO3的原理
①前驱物的制备
按照化学计量比将一定质量的硝酸锶和硝酸铁溶液滴入甘氨酸溶液中，加热搅拌中加入乙二
醇，最后水浴加热直至形成溶胶体（此时所得即为实验所需要的产品前驱物），其化学反应如下：
②煅烧
将溶胶体冷却形成凝胶，放入马弗炉高温煅烧后形成最终产物SrFeO3-x
1.1.1 制备SrFeO3 的实验步骤
① 准确称取一定量得硝酸铁、硝酸锶和甘氨酸。
② 将溶于80ml去离子水的甘氨酸倒入三口瓶中，放入恒温电磁搅拌器上的水槽中并搅拌，待甘氨酸溶液温度在60-70℃时，开始缓慢滴加（约1小时）溶于20ml去离子水的硝酸铁和硝酸锶的混合溶液（橙黄色），溶液由无色变为红褐色。在滴加过程中加入一定量的乙二醇。
③ 将溶液倒入蒸发皿中水浴加热（约100℃），蒸发出多余的水分，直至生成粘性的、多气泡的红褐色溶胶体。陈化12小时，形成凝胶。
④ 将凝胶置于马弗炉内预烧2.5小时（450℃），然后研磨成粉末（褐色）。
⑤ 将研磨好的产物在700℃分别煅烧4、5、6小时，分别得到产物，产物为黑色粉末。
⑥ 称量产品，然后装袋。
1.2 SrFeO3催化剂的光催化性能试验
1.2.1 SrFeO3的光催化降解原理
根据半导体光催化机理【3】，在ABO3复合氧化物中，价带与导带之间存在禁带，当受到能量大于禁带宽度Eg的光照射时，价带电子被激发跃迁至导带，称为光生电子在价带产生相应的空穴（h+）称为光生空穴，构成电子空穴对，进一步使O2和OH-转化成为•OH，与染料分子发生氧化还原反应，使其降解为无机小分子。
1.2.2 SrFeO3的光催化实验步骤
取一定量的酸性红B溶液于烧杯中，并在其中加入定量的SrFeO3，在烧杯底部用磁力搅拌器搅拌，将450W高压汞灯置于烧杯上方，光源高度固定为20cm。经过一段时间反应，移取一定量的酸性红B水溶液于小试管中在离心机下离心分离，然后用分光光度计测定其在最大波长处的吸光度，计算出酸性红B的降解率。
降解率计算公式如下：
降解率D（%）=[（A0 – A）/A0]X 100%
式中：A0 -- 染料溶液初始吸光度；A -- 染料讲解后所测的吸光度
2 结果与讨论
2.1 XRD分析
对样品所做的XRD分析如下图：
图3.1 SrFeO3在700℃煅烧4h后的XRD图
图3.2 SrFeO3在700℃煅烧6h后的XRD图
根据图3.1和图3.2可知，在700℃煅烧4h的效果更好。
2.2 酸性红B染料的空白对比实验
首先进行空白实验，考察酸性红B染料的光稳定性，同时证明催化剂的光催化作用，结果可见，仅有光照，酸性红B不会降解。
2.3 催化剂的用量对降解率的影响
高压汞灯照射下，在100ml、10mg/L的酸性红B溶液中分别加入不同质量的催化剂，降解率随催化剂的用量的变化如表3.4所示。
表3-1 催化剂质量对降解率的影响
在表3-1以及图3.4可以看出，催化剂用量低于0.01g时，随着催化剂用量的增加，酸性红B的降解率提高，当催化剂用量高于0.01g时，降解率逐渐减小，出现这种现象的原因可能有：首先，由于反应过程中催化剂处于悬浮态，光从容器顶部照入，透射进入反应器的部分区域，只有处于容器上部一定距离内的催化剂颗粒才能吸收到光子，催化剂的用量增加，单位反应体积内催化剂颗粒的数量增多，但接受光子的反应区域减小，因此催化剂吸收光子的数目变化不大，甚至减少。其次，反应的过程中，磁转子一直处于高速旋转状态，催化剂颗粒相互摩擦，粒度逐渐减小，更加均匀的分散在溶液中，取样分析时，虽经离心分离，但仍不可避免地留存少量极微细未能被沉降的颗粒，这些微细的颗粒会吸收照射光，影响吸光度的测量，使测得的吸光度偏高，降解率偏低。随着催化剂量的增大，溶液中颗粒的浓度也在增加，测量的偏差增大。
2.4 定量催化剂对酸性红B、酸性品红及活性翠蓝的降解效果（见图3.5）
图3.4 图3.5
由图3.5可知，催化剂SrFeO3对酸性红B的催化效果最好，但反应时间较长，降解速率一般；对酸性品红的催化效果一般，但反应时间迅速，降解速率快；对活性翠蓝的催化效果最差。
3 结论
本文以硝酸锶和硝酸铁为原料，用甘氨酸法制备出钙钛矿型氧化物SrFeO3。研究了不同的高温煅烧时间，对产物的影响。考察了SrFeO3光催化降解酸性红B的工艺条件。酸性红B降解率随降解时间的增加而增大；随催化剂用量的增加，降解率的变化趋势是先增大后减小，最后趋于稳定，最佳的催化剂用量约在0.0069g，其降解率为90.40%。
参考文献：
【1】康振晋，姚艳红，许桂花.钙钛矿结构B位掺杂化合物LaCo1-xFeXO3的光催化活性研究[J].分子催化，2004，18（6）：468-471.
【2】桑丽霞，傅希贤，杨秋华.LaFeO3和SrFeO3-λ对水溶性染料的光催化降解[J].环境科学与技术，2002，25（2）：4-6.
【3】Kaliaguine S，Van Neste A，Szabo V，etal.Perovs-kite-type Oxides Syn the sized by Reactive Grinding：Preparation and Characterization（Partl）[J].Applied Catalysis A：general，2001，209：345-358
【作者简介】 张超奇（1986-），男，天津武清人，助理工程师，学士，主要从事节水灌溉行业产品配方改进及新产品研发工作。
论文作者:张超奇1,王冕2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/11
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