可见光催化高效降解甲醛的复合材料NaFeS2/ZnO及其制备方法与流程

可见光催化高效降解甲醛的复合材料nafes2/zno及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及光催化氧化技术领域，特别是涉及可见光催化高效降解甲醛的复合材料nafes2/zno及其制备方法。


背景技术：

2.生态环境包括室内和室外环境。目前，对生态环境的关注已进入第三代污染时期——“室内装修污染”。在来自各种室内装饰材料的各种室内空气污染物中，甲醛是主要污染物之一，也是主要的挥发性有机物(volatile organic compounds，vocs)之一。空气中甲醛主要来自装修材料、家具以及传统燃料的不完全燃烧、烟雾及化妆品等。人们短期暴露在甲醛的环境中会刺激器官，引起不良症状；长期暴露在室内空气污染物中将不利于身体健康，并有可能导致病态建筑综合症、建筑相关疾病，在极端情况下还会导致癌症。因此，有效去除甲醛对改善空气质量，保护人体健康具有重要意义甲醛(hcho)已被世界卫生组织(who)下属的国际癌症研究机构(iarc)确定为致癌物。
3.一般来说，hcho具有释放周期长的特点，即使在低浓度(低至0.10mg/m3)下也会对人体造成巨大危害。由于大多数居民每天在室内花费80％以上的时间，因此有必要更加关注解决室内甲醛污染问题。
4.鉴于这一重大问题，人们尝试了各种策略来去除室内hcho，例如通风、吸附、热/臭氧催化氧化、等离子体降解和光催化氧化等；其中，吸附法是利用吸附剂如活性炭、分子筛、硅胶等对吸附质的强吸附能力来脱除甲醛，包括物理吸附和化学吸附两种，但此法吸附能力有限，处理繁琐；等离子降解通过气体放电产生大量活性物种与甲醛发生反应达到去除甲醛的目的，此法效率高，但能耗同样高；而光催化氧化，由于光催化氧化技术具有可控性、可再生性、可持续性和无二次污染等优点，是一种有前途的气态hcho净化绿色技术。
5.然而，光催化氧化技术对污染物的去除效果取决于光催化剂的性能，目前光催化剂存在带隙较宽、对太阳光利用率低的问题，进而导致光催化剂的催化性能较低，催化效果有限，因此，开发一种带隙较宽、对太阳光利用率高、催化效果良好的光催化剂是目前研究的重点。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明旨在提出可见光催化高效降解甲醛的复合材料nafes2/zno及其制备方法，以解决目前光催化剂带隙较宽、对太阳光利用率低导致催化效果有限的问题。
7.本发明的第一方面，提供了一种可见光催化高效降解甲醛的复合材料nafes2/zno的制备方法，所述方法包括：
8.步骤1，以fe(no3)3·
9h2o和na2s
·
9h2o为反应物，采用水热合成法制备得到nafes2；
9.步骤2，将摩尔比为1-3:1的znso4·
7h2o溶液和na2co3溶液混合后，在室温下搅拌
混合得到沉淀，将所述沉淀洗涤、分离、干燥，得到前驱物zn5(oh)6(co3)2；
10.将摩尔比为1:100的所述前驱物zn5(oh)6(co3)2和所述nafes2在300℃下煅烧2h，得到所述nafes2/zno。
11.进一步地，所述步骤1中，所述以fe(no3)3·
9h2o和na2s
·
9h2o为反应物，采用水热合成法制备得到nafes2，包括：
12.步骤1-1，将质量比为1:3的所述fe(no3)3·
9h2o和所述na2s
·
9h2o加入蒸馏水中，在100℃下搅拌10min后，将搅拌温度降低至60℃继续搅拌30min，向搅拌后的溶液添加氢氧化钠，得到混合液；
13.步骤1-2，将所述步骤1-1得到的混合液转移至水热反应釜中，在180℃下水热反应24h；
14.步骤1-3，待所述步骤1-2的所得物冷却至室温后，经洗涤、干燥，得到所述nafes2。
15.进一步地，所述步骤2中，所述znso4·
7h2o溶液的浓度为0.5mol/l；所述na2co3溶液的浓度为0.5mol/l。
16.进一步地，所述步骤2中，所述洗涤包括：
17.采用去离子水和乙醇交替洗涤所述沉淀6-10次后进行分离。
18.进一步地，所述氢氧化钠的投加量为0.5mol/l。
19.进一步地，所述步骤1-3中，所述洗涤包括：
20.采用丙酮和乙醇交替洗涤6-10次。
21.本发明的第二方面，提供了一种上述第一方面所述的制备方法制备得到的复合材料nafes2/zno；
22.进一步地，所述复合材料nafes2/zno中，所述nafes2和zno的质量比为8:1。
23.本发明的第三方面，提供了一种上述第一方面所述的制备方法制备得到的复合材料nafes2/zno的应用，将所述复合材料nafes2/zno应用于空气中甲醛的去除。
24.本发明提供的可见光催化高效降解甲醛的复合材料nafes2/zno的制备方法，相对于现有技术所具有的优势如下：
25.本发明提供的可见光催化高效降解甲醛的复合材料nafes2/zno的制备方法，包括：步骤1，以fe(no3)3·
9h2o和na2s
·
9h2o为反应物，采用水热合成法制备得到nafes2；步骤2，将摩尔比为1-3:1的znso4·
7h2o溶液和na2co3溶液混合后，在室温下搅拌混合得到沉淀，将所述沉淀洗涤、分离、干燥，得到前驱物zn5(oh)6(co3)2；将摩尔比为1:100的所述前驱物zn5(oh)6(co3)2和所述nafes2在300℃下煅烧2h，得到所述nafes2/zno。
26.由此，本发明通过将nafes2和zno复合，制备得到复合材料nafes2/zno，采用nafes2拓宽zno的光吸收范围，使得制备得到的复合材料nafes2/zno具有较宽的光吸收范围，能够覆盖全可见光谱，提高了复合材料nafes2/zno对太阳光的利用率；同时由于nafes2和zno在复合的过程中形成异质结，有助于光催化过程中光生载流子的分离，从而避免光生电子-空穴对复合过快的问题，进而使得复合材料nafes2/zno具有较高的光催化性能；采用本发明制备的复合材料nafes2/zno作为光催化剂进行甲醛的去除，具有较好的应用前景；同时，由于在制备过程中，先制备nafes2，而后在制备zno的过程中加入nafes2直接制备得到复合材料nafes2/zno，制备方法简单易行，能够应用于大规模生产。
附图说明
27.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
28.图1为本发明实施例提供的可见光催化高效降解甲醛的复合材料nafes2/zno的制备方法的步骤流程图；
29.图2为实施例1制备的复合材料nafes2/zno的sem图；
30.图3为实施例1制备的复合材料nafes2/zno、对比例1制备的nafes2以及对比例2制备的zno的紫外漫反射光谱图；
31.图4为实施例1制备的复合材料nafes2/zno的n2吸附-脱附等温曲线图；
32.图5为实施例1制备的复合材料nafes2/zno的傅里叶红外光谱图；
33.图6为实施例1制备的复合材料nafes2/zno、对比例1制备的nafes2以及对比例2制备的zno作为光催化剂降解甲醛的性能对比图；
34.图7为实施例1制备的复合材料nafes2/zno进行三次连续甲醛去除实验的去除效率柱状图。
具体实施方式
35.为使本发明的上述目的、特征和有点能够更加明显易懂下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的现有技术所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂以及其他仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
36.甲醛是室内主要空气污染物之一，也是主要的挥发性有机物(volatile organic compounds，vocs)之一。空气中甲醛主要来自装修材料、家具以及传统燃料的不完全燃烧、烟雾及化妆品等。人们短期暴露在甲醛的环境中会刺激器官，引起不良症状；长期暴露在室内空气污染物中将不利于身体健康，并有可能导致病态建筑综合症、建筑相关疾病，在极端情况下还会导致癌症。因此，有效去除甲醛对改善空气质量，保护人体健康具有重要意义。
37.目前，已开发多种方法用于室内甲醛的去除，如通风、吸附、热/臭氧催化氧化、等离子体降解和光催化氧化等；其中，由于甲醛即使在低浓度(0.10mg/m3)下也会对人体造成巨大伤害，因此通风所需时间较长，需要使其扩散到0.10mg/m3以下；吸附是利用如活性炭、分子筛、硅胶等对吸附质的强吸附能力，通过物理吸附或是化学吸附作用脱除甲醛，但此法吸附能力有限，处理繁琐；等离子降解是通过气体放电产生大量活性物种，与甲醛发生反应达到去除甲醛的目的，此法效率高，但需要较高的能耗；而光催化氧化技术，由于其可控性强、再生性佳、可持续性良好等优点，成为目前气态甲醛净化的重点研究方向。
38.然而，采用光催化氧化技术进行甲醛去除，其去除效果取决于光催化剂的性能。在众多的半导体光催化剂中，氧化锌(zno)由于其特殊的电子结构，多样的形貌，易于制造等优点已广泛应用于光催化工业。然而，zno的带隙较宽(3.2-3.4ev)，仅吸收紫外光，对太阳光的利用率低，且由于紫外光激发的电子和空穴很容易相互重组，即光生载流子在激发时直接快速复合，严重抑制了其光催化作用特别是可见光光催化性能，使得zno对甲醛的去除
效果有限。
39.有鉴于此，本发明提供了一种可见光催化高效降解甲醛的复合材料nafes2/zno及其制备方法，通过将nafes2加入zno，由于nafes2是一种窄带隙的磁性半导体材料，其光吸收范围覆盖全可见光谱，因此，采用nafes2与zno复合，能够拓宽zno的光吸收范围，从而提高复合材料对太阳光的利用率，同时，由于制备得到的复合材料nafes2/zno中，nafes2和zno形成异质结，提高了光生载流子的分离效率，避免光生电子-空穴对的快速复合，由此，制备得到了光催化性能较好的复合材料nafes2/zno。采用本发明制备的复合材料nafes2/zno作为光催化剂用于空气中甲醛的去除，由于复合材料nafes2/zno具备吸附性能和较佳的光催化性能，通过光催化和吸附协同作用，对空气中的甲醛具有较好的去除效果。
40.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明提供的可见光催化高效降解甲醛的复合材料nafes2/zno及其制备方法。
41.本发明实施例的第一方面，提供了一种可见光催化高效降解甲醛的复合材料nafes2/zno的制备方法。
42.参照图1，图1示出了本发明实施例提供的可见光催化高效降解甲醛的复合材料nafes2/zno的制备方法的步骤流程图，如图1所示，包括：
43.s1，以fe(no3)3·
9h2o和na2s
·
9h2o为反应物，采用水热合成法制备得到nafes2。
44.具体的nafes2制备步骤包括：
45.步骤1-1，将摩尔比为1:3的fe(no3)3·
9h2o和na2s
·
9h2o加入蒸馏水中，在100℃下搅拌10min后，将搅拌温度降低至60℃继续搅拌30min，向搅拌后的溶液添加氢氧化钠，得到混合液；
46.步骤1-2，将所述步骤1-1得到的混合液转移至水热反应釜中，在180℃下水热反应24h；
47.步骤1-3，待所述步骤1-2的所得物冷却至室温后，经洗涤、干燥，得到所述nafes2。
48.其中，洗涤过程采用丙酮和去离子水交替洗涤6-10次，采用丙酮进行洗涤是为了去除反应过程的副产物nano3。干燥的步骤为：将洗涤后的所述所得物置于烘箱中，在60-80℃下真空干燥12-24h。
49.本发明实施例中，添加氢氧化钠是为了提供碱性环境，以生成nafes2，因此，氢氧化钠的添加量不必过多，能够制备得到nafes2即可，本发明实施例氢氧化钠投加量为0.5mol/l。
50.在一些实施例中，由于nafes2的制备方法有多种，可根据需要对采用的反应物或是制备方法进行调整，如可以采用氧化铁和硫代硫酸钠作为反应物，通过水热法制备nafes2，也可以采用煅烧法进行nafes2的制备，本发明不做具体限制。
51.s2，将摩尔比为1-3:1的znso4·
7h2o溶液和na2co3溶液混合后，在室温下搅拌混合得到沉淀，将所述沉淀洗涤、分离、干燥，得到前驱物zn5(oh)6(co3)2；将摩尔比为1:100的所述前驱物zn5(oh)6(co3)2和所述nafes2在300℃下煅烧2h，得到所述nafes2/zno。
52.其中，znso4·
7h2o溶液和na2co3溶液的浓度本发明不做具体限制，保证znso4·
7h2o和na2co3的摩尔比为1-3:1即可；示例地，采用0.5mol/l的znso4·
7h2o溶液和0.5mol/l的na2co3溶液进行混合。
53.示例地，将摩尔比为1:1的znso4·
7h2o溶液和na2co3溶液混合；
54.将摩尔比为2:1的znso4·
7h2o溶液和na2co3溶液混合；
55.将摩尔比为3:1的znso4·
7h2o溶液和na2co3溶液混合。
56.优选地，考虑到前驱物为zn5(oh)6(co3)2，为使尽可能多地得到zn5(oh)6(co3)2而减少杂质，采用摩尔比为3:1的znso4·
7h2o溶液和na2co3溶液混合，以生成前驱物为zn5(oh)6(co3)2。
57.其中，洗涤的具体方法为：采用去离子水和乙醇交替洗涤沉淀6-10次。
58.干燥的具体方法为：在将洗涤后的沉淀的杂质分离后，将其置于烘箱中，在60-80℃下真空干燥12-24h。
59.在一些实施例中，为实现nafes2和zno的均匀复合，可以在制备出nafes2后，先将znso4·
7h2o溶液和na2co3溶液混合得到前驱物zn5(oh)6(co3)2，而后将zn5(oh)6(co3)2在一定温度下煅烧得到纯zno。之后，再将nafes2和zno进行混合，通过超声等方式复合得到复合材料nafes2/zno。
60.zno由于其特殊的电子结构，多样的形貌，易于制造等优点已广泛应用于光催化工业。然而，zno的带隙较宽(3.2-3.4ev)，仅吸收紫外光，对太阳光的利用率低，且由于紫外光激发的电子和空穴很容易相互重组，即光生载流子在激发时直接快速复合，严重抑制了其光催化作用特别是可见光光催化性能。
61.nafes2是一种三元碱金属基硫族化合物，其为混合价材料，nafes2的化学和物理性质取决于铁的氧化状态。nafes2具有固有的磁性和光电特性，已被用作玻璃碳粉和正极材料，但其材料性质和应用很少被提及，其深的价带位置，宽的光吸收范围使其在光催化领域具有应用前景。
62.因此，通过将nafes2和zno复合，可利用nafes2的较宽的光吸收范围来弥补zno仅吸收紫外光的不足，且由于两者均为半导体材料，能够形成异质结，提高光生载流子的分离效率，进而提高光催化性能，由此能够制备出一种光学吸收范围广、覆盖全可见光谱且光生载流子分离效率高的光催化剂，该催化剂具有较高的催化性能。
63.本发明实施例的第二方面，提供了一种由上述第一方面所述的制备方法制备得到的复合材料nafes2/zno。
64.本发明实施例得到的复合材料nafes2/zno中，nafes2和zno的质量比为8:1；对复合材料nafes2/zno采用扫描电子显微镜观察，得到如图2所示的sem图像，根据图像可知，复合材料nafes2/zno为纳米片结构。
65.本发明实施例中，复合材料中nafes2和zno都为半导体，在复合过程中形成异质结，其中，异质结为两种不同半导体相接触所形成的界面区域，通过异质结在光激发的条件下，实现电子空穴的界面转移和空间分离，能够避免光致载流子的快速复合导致光催化性能较低的问题；由此，通过采用nafes2与zno结合，提高了光生载流子的分离效率，进而提高光催化剂的催化性能。
66.本发明实施例的第三方面，提供了一种由上述第一方面所述的制备方法制备得到的复合材料nafes2/zno的应用，将所述复合材料nafes2/zno应用于空气中甲醛的去除中。
67.本发明实施例中，可将复合材料nafes2/zno应用于空气中甲醛、so2、氨气、氮氧化物等，优选地，将本发明实施例制备的高效可见光催化除甲醛的改性纳米复合材料作为光催化剂进行甲醛的去除。
68.采用本发明实施例制备的复合材料nafes2/zno作为光催化剂，应用于甲醛的去除，在2个标准太阳光强的可见光(λ》400nm)照射下，催化剂投加量为0.1g、甲醛初始浓度为100ppm、初始温度为室温的条件下，其对甲醛的降解效率在140min后能够高达99.5％；因此，本发明实施例的复合材料nafes2/zno应用于甲醛的去除，具有较好的应用前景。
69.本发明实施例提供的可见光催化高效降解甲醛的复合材料nafes2/zno的制备方法，通过先制备出nafes2，再在制备zno的过程中加入制备好的nafes2，得到复合材料nafes2/zno；由此，通过nafes2和zno复合，采用nafes2拓宽zno的光吸收范围，使得制备出的复合材料nafes2/zno具有较宽的光吸收范围，能够覆盖全可见光谱，提高了复合材料nafes2/zno对太阳光的利用率；同时，由于nafes2和zno均为半导体材料，在复合的过程中形成异质结，能够使光生载流子实现界面转移，从而提高了光生载流子的分离效率，避免光生电子-空穴对复合过快的问题，使得制备得到的复合材料nafes2/zno具有较佳的光催化性能。
70.将本发明实施例制备的复合材料nafes2/zno应用于空气中甲醛的去除，在2个标准太阳光强的可见光(λ》400nm)照射下，催化剂投加量为0.1g、甲醛初始浓度为100ppm、初始温度为室温的条件下，其对甲醛的降解效率在140min后能够高达99.5％，因此，本发明实施例制备的具有复合材料nafes2/zno在空气中甲醛的去除方向具有较好的应用前景。
71.此外，由于在制备过程中，先制备nafes2，而后在制备zno的过程中加入nafes2直接制备得到复合材料nafes2/zno，制备方法简单易行，能够适用于大规模生产。
72.为使本领域技术人员更好的理解本发明，以下通过多个具体的实施例来说明本发明的可见光催化高效降解甲醛的复合材料nafes2/zno及其制备方法。
73.九水合硝酸铁(fe(no3)3·
9h2o)和九水合硫化钠(na2s
·
9h2o)、七水合硫酸锌(znso4·
7h2o)、碳酸钠(na2co3)、氢氧化钠(naoh)等试剂均购自aladdin(中国上海)。所有试剂无需进一步纯化即可使用。所有实验均使用去离子水。
74.实施例1
75.将40mm的fe(no3)3·
9h2o和120mm的na2s
·
9h2o溶解在蒸馏水至制备得到100ml溶液。在100℃下搅拌10min后，将温度降低至60℃后，继续搅拌30min。向搅拌后的溶液中加入0.05molnaoh。
76.将加入氢氧化钠后的溶液转移至水热反应釜中，在180℃下水热反应24h；将水热反应的所得物冷却至室温后，用乙醇和丙酮洗涤数次，并在80℃下干燥得到固体nafes2。
77.将40ml 0.5mol/l的znso4·
7h2o和40ml 0.5mol/l的na2co3溶液在室温下搅拌混合得到沉淀，将沉淀洗涤、分离、干燥得到前驱物zn5(oh)6(co3)2。
78.将0.02mol前驱物zn5(oh)6(co3)2与2mol nafes2混合，并在300℃下煅烧2h，即得到复合材料nafes2/zno。
79.实施例2
80.将40mm的fe(no3)3·
9h2o和120mm的na2s
·
9h2o溶解在蒸馏水至制备得到100ml溶液。在100℃下搅拌10min后，将温度降低至60℃后，继续搅拌30min。向搅拌后的溶液中加入0.05molnaoh。
81.将加入氢氧化钠后的溶液转移至水热反应釜中，在180℃下水热反应24h；将水热反应的所得物冷却至室温后，用乙醇和丙酮洗涤数次，并在80℃下干燥得到固体nafes2。
82.将80ml 0.5mol/l的znso4·
7h2o和40ml 0.5mol/l的na2co3溶液在室温下搅拌混合得到沉淀，将沉淀洗涤、分离、干燥得到前驱物zn5(oh)6(co3)2。
83.将0.02mol前驱物zn5(oh)6(co3)2与2mol nafes2混合，并在300℃下煅烧2h，即得到复合材料nafes2/zno。
84.实施例3
85.将40mm的fe(no3)3·
9h2o和120mm的na2s
·
9h2o溶解在蒸馏水至制备得到100ml溶液。在100℃下搅拌10min后，将温度降低至60℃后，继续搅拌30min。向搅拌后的溶液中加入0.05molnaoh。
86.将加入氢氧化钠后的溶液转移至水热反应釜中，在180℃下水热反应24h；将水热反应的所得物冷却至室温后，用乙醇和丙酮洗涤数次，并在80℃下干燥得到固体nafes2。
87.将120ml 0.5mol/l的znso4·
7h2o和40ml 0.5mol/l的na2co3溶液在室温下搅拌混合得到沉淀，将沉淀洗涤、分离、干燥得到前驱物zn5(oh)6(co3)2。
88.将0.02mol前驱物zn5(oh)6(co3)2与2mol nafes2混合，并在300℃下煅烧2h，即得到复合材料nafes2/zno。
89.对比例1
90.将40mm的fe(no3)3·
9h2o和120mm的na2s
·
9h2o溶解在蒸馏水至制备得到100ml溶液。在100℃下搅拌10min后，将温度降低至60℃后，继续搅拌30min。向搅拌后的溶液中加入0.05molnaoh。
91.将加入氢氧化钠后的溶液转移至水热反应釜中，在180℃下水热反应24h；将水热反应的所得物冷却至室温后，用乙醇和丙酮洗涤数次，并在80℃下干燥得到固体nafes2。
92.对比例2
93.将40ml 0.5mol/l的znso4·
7h2o和40ml 0.5mol/l的na2co3溶液在室温下搅拌混合得到沉淀，将沉淀洗涤、分离、干燥得到前驱物zn5(oh)6(co3)2。
94.将前驱物zn5(oh)6(co3)2在300℃下煅烧2h，得到zno粉末。
95.图2为本发明实施例1制备的复合材料nafes2/zno的sem图像，根据图2可知，复合材料nafes2/zno为纳米片结构。
96.对实施例1制备的nafes2/zno、对比例1制备的nafes2以及对比例2制备的zno采用紫外光谱仪分析，得到如图3所示的紫外漫反射光谱，根据图3可知，对比例2制备zno的光吸收边在390nm左右，而对比例1制备的nafes2的光学吸收覆盖了全可见光谱；而在本发明实施例1制备的nafes2/zno，nafes2的加入导致紫外光谱红移，通过nafes2拓展了zno的光学吸收范围；虽然相比于nafes2可见光吸收强度稍微减弱，但吸收范围仍覆盖全可见光谱，且出现了较大的吸收尾峰，表明其可以利用足够的可见光；由此，可以得出复合材料nafes2/zno成功被合成。
97.对实施例1制备的复合材料nafes2/zno进行吸附-脱附实验，实验结果如图4所示，从实施例1制备的复合材料nafes2/zno的n2吸附-脱附等温线图可知，本发明实施例制备的复合材料nafes2/zno除具备光催化能力外，对吸附质具有较强的吸附能力，还能够通过吸附作用去除有机污染物；因此，本发明实施例制备的复合材料nafes2/zno能够通过光催化作用和吸附作用协同进行甲醛的去除。
98.对实施例1制备的复合材料nafes2/zno采用红外光谱仪进行分析，以研究合成后
的样品的组成结构，得到如图5所示的傅里叶红外光谱，对于nafes2，1100cm-1
处是fe-s的特征峰；对于zno，高峰在549cm-1
和621cm-1
处分别对应于zno的拉伸和变形；对于nafes2/zno，nafes2和zno的主要典型吸收峰均存在于nafes2/zno中，进一步表明复合材料nafes2/zno的成功合成。
99.试验例1
100.本试验例用于验证实施例1制备的复合材料nafes2/zno、对比例1制备的nafes2以及对比例2制备的zno作为光催化剂对甲醛的降解性能。
101.光催化活性评价：
102.光在1.5l石英光催化反应器中，在室温下，在可见光照射下，用5w风扇对甲醛进行光催化去除。在光反应器外垂直放置一个350w氙灯。使用紫外线截止滤光片(420nm)去除紫外线。用光子密度计测得在反应液中反应溶液表面的平均光强为200mw/cm2，即2个标准太阳光强(am3g)，将0.1g催化剂和15ml去离子水在培养皿(直径7.0cm)中超声25分钟以形成悬浮液。该培养皿在60℃下真空干燥1h，并在培养皿底部形成均匀的光催化剂薄膜。然后，将该培养皿置于光催化反应器中。向光反应器中注入一定量的38％甲醛水溶液，在黑暗中达到吸附-解吸平衡后蒸发的hcho的初始浓度为100ppm。在辐照过程中，反应器中的甲醛、co2和h2o浓度通过光声红外多气体监测仪(innova air tech 95instruments型号1412)在线监测。甲醛的去除率(y)计算为y(％)＝(1-c/c0)
×
100％，其中c和c0分别为0和tmin时甲醛的浓度。
103.试验结果表明：在2个标准太阳光强的可见光(λ》400nm)照射下，催化剂投加量为0.1g、甲醛初始浓度为100ppm、初始温度为室温的条件下，复合材料nafes2/zno在140分钟后对甲醛的降解效率高达99.5％。
104.其中，图6为实施例1制备的nafes2/zno与对比例1制备的nafes2、对比例2制备的zno作为光催化剂降解甲醛的性能对比图，根据图6可知，在同样的条件下进行光照，140min后，单独的zno由于其不吸收可见光，甲醛几乎不降解，纯nafes2对甲醛的降解效率仅有50％；而nafes2/zno对甲醛的降解效率能够达到99.5％。
105.试验例2
106.连续降解实验：
107.在第一次降解反应完成后，将含有光催化剂的培养皿在60℃下干燥0.5小时，然后再次放入反应器中进行下一个甲醛去除反应，除材料外，其余反应条件和第一次保持一致；第二次反应完成后，重复上述步骤，进行第三次降解实验。
108.试验结果如图7所示，图7示出了第一次、第二次以及第三次甲醛降解实验得到的甲醛去除效果图，根据图7可知，在三个连续的降解试验中，实施例1制备的复合材料nafes2/zno对甲醛的降解效率均在90％以上，表面复合材料nafes2/zno作为光催化剂的催化活性在三个循环后仍然保持良好，其催化性能具有较佳的稳定性。
109.根据上述试验可知，本发明实施例制备的复合材料nafes2/zno为纳米片结构，紫外漫反射光谱显示其可见光吸收范围广，能够覆盖全可见光谱，因此，对太阳光利用率高，而由于nafes2和zno两者为半导体，复合形成异质结能够提高光生载流子的分离效率，进而能够得到光催化性能较好的复合材料，且本发明实施例制备的复合材料nafes2/zno具有一定的吸附性能；因此，将本发明实施制备的复合材料nafes2/zno作为光催化剂进行甲醛的
去除时，其能够通过吸附性能和光催化性能协同作用。
110.将本发明实施例制备的复合材料nafes2/zno作为光催化剂用于空气中甲醛的去除时，在2个标准太阳光强的可见光(λ》400nm)照射下，催化剂投加量为0.1g、甲醛初始浓度为100ppm、初始温度为室温的条件下，复合材料nafes2/zno在140分钟后对甲醛的降解效率高达99.5％，而单独的nafes2在光照140min后甲醛的去除率仅有50％左右，单独的zno在光照140min后甲醛几乎不降解；通过对比可知，本发明实施例制备的复合材料nafes2/zno作为光催化剂具有较好的光催化性能。通过多次连续降解试验可知，本发明实施例制备的复合材料nafes2/zno在三次降解试验时，对甲醛的去除率仍能达到90％以上，其催化活性良好，催化性能稳定，在去除空气中甲醛方面具有良好的应用前景。
111.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内；
112.对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和部件并不一定是本发明所必须的。
113.以上对本发明所提供的可见光催化高效降解甲醛的复合材料nafes2/zno及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种可见光催化高效降解甲醛的复合材料nafes2/zno的制备方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1，以fe(no3)3·
9h2o和na2s
·
9h2o为反应物，采用水热合成法制备得到nafes2；步骤2，将摩尔比为1-3:1的znso4·
7h2o溶液和na2co3溶液混合后，在室温下搅拌混合得到沉淀，将所述沉淀洗涤、分离、干燥，得到前驱物zn5(oh)6(co3)2；将摩尔比为1:100的所述前驱物zn5(oh)6(co3)2和所述nafes2在300℃下煅烧2h，得到所述nafes2/zno。2.根据权利要求1所述的可见光催化高效降解甲醛的复合材料nafes2/zno的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述以fe(no3)3·
9h2o和na2s
·
9h2o为反应物，采用水热合成法制备得到nafes2，包括：步骤1-1，将质量比为1:3的所述fe(no3)3·
9h2o和所述na2s
·
9h2o加入蒸馏水中，在100℃下搅拌10min后，将搅拌温度降低至60℃继续搅拌30min，向搅拌后的溶液添加氢氧化钠，得到混合液；步骤1-2，将所述步骤1-1得到的混合液转移至水热反应釜中，在180℃下水热反应24h；步骤1-3，待所述步骤1-2的所得物冷却至室温后，经洗涤、干燥，得到所述nafes2。3.根据权利要求1所述的可见光催化高效降解甲醛的复合材料nafes2/zno的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，所述znso4·
7h2o溶液的浓度为0.5mol/l；所述na2co3溶液的浓度为0.5mol/l。4.根据权利要求1所述的可见光催化高效降解甲醛的复合材料nafes2/zno的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，所述znso4·
7h2o和所述na2co3的摩尔比为3：1。5.根据权利要求1所述的可见光催化高效降解甲醛的复合材料nafes2/zno的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，所述洗涤包括：采用去离子水和乙醇交替洗涤所述沉淀6-10次。6.根据权利要求2所述的可见光催化高效降解甲醛的复合材料nafes2/zno的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钠的投加量为0.5mol/l。7.根据权利要求2所述的可见光催化高效降解甲醛的复合材料nafes2/zno的制备方法，其特征在于，所述步骤1-3中，所述洗涤包括：采用丙酮和乙醇交替洗涤6-10次。8.一种由上述权利要求1-7任一所述的制备方法制备得到的复合材料nafes2/zno。9.根据权利要求8所述的复合材料nafes2/zno，其特征在于，所述复合材料nafes2/zno中，所述nafes2和所述zno的质量比为8:1。10.一种由上述权利要求1-7任一所述的制备方法制备得到的复合材料nafes2/zno的应用，其特征在于，将所述复合材料nafes2/zno应用于空气中甲醛的去除。

技术总结
本发明提供了可见光催化高效降解甲醛的复合材料NaFeS2/ZnO及其制备方法，属于空气净化领域，旨在解决目前光催化剂太阳光利用率低、禁带宽度较宽导致催化性能较低的问题，所述方法包括：步骤1，以Fe(NO3)3·


技术研发人员：陈耀刚 张剑桥 杨磊
受保护的技术使用者：深圳市康弘智能健康科技股份有限公司
技术研发日：2023.06.07
技术公布日：2023/10/8