[发明专利]可见光响应的磁性光催化材料及其制备

说明书

技术领域

本发明属于光催化材料领域，具体涉及一种可见光响应的磁性光催化材料及其制备。

背景技术

工业发展引起的环境污染问题日益严重，因此环境的保护和治理已经成为一个影响人类生存的重大问题亟待解决。光催化作为一种低成本、无二次污染的环境治理技术，近年来在国内外被广泛研究。BiOCl材料作为一种新兴的光催化剂，可以在有可见光条件下降解污染物，并且具有光催化效率较高等特点。

光催化剂的分离回收主要采用以下几种方式：(1)将光催化材料负载在特定材料上实现固定化，例如负载在玻璃珠、活性炭、钢丝网等材料上；(2)利用悬浮催化反应体系，通过过滤、沉降来实现光催化剂的回收。这两种方法相比较，固定化光催化反应器虽然克服了悬浮型反应器需要分离催化剂的缺点，催化剂载体与催化剂之间结合牢固，结构简单，但随之而来的问题是催化剂作用面积相对较小、催化效率降低，限制了光催化剂的应用；后一种反应体系中光催化剂能够悬浮在液相中，催化剂颗粒与污水接触面积大，和固相反应体系相比，提高了光子利用率，催化反应速度加快。尽管这种方式的催化效率高，但由于所采用的催化剂粉体颗粒小，难以自然沉降且容易堵塞滤材，使该方法在污水净化处理中很难得到实际应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种可见光响应的磁性光催化材料及其制备。

本发明的可见光响应的磁性光催化材料的由BiOCl和铁氧化物组成，BiOCl与铁氧化物的质量比为50～100∶1；该磁性光催化材料的微观颗粒为微米尺寸的片层状BiOCl结构，且在该片层状BiOCl结构的表面分布有铁氧化物纳米颗粒，两种相界面形成异质结结构；所述铁氧化物选自Fe₃O₄或Fe₂O₃中的一种或两种。

优选的，所述铁氧化物纳米颗粒的粒径范围为5～10nm。

优选的，所述片层状BiOCl结构的厚度为5～30nm，直径为2～10μm。

所述异质结结构是指两种不同的半导体相接触所形成的界面区域。

本发明的可见光响应的磁性光催化材料的制备方法包括如下步骤：

1)将磁性铁氧化物粉末分散到含有表面活性剂的非极性有机氯溶液中形成溶液A；

2)将Bi(NO₃)₃溶解于HNO₃溶液中制得Bi³⁺溶液，然后将Bi³⁺溶液加入到步骤1)中制得的溶液A中，剧烈搅拌下形成溶液B；

3)在搅拌条件下，向步骤2)中制得的溶液B中加入碱性溶液进行反应后制得可见光响应的磁性光催化材料。

所述步骤1)中的磁性铁氧化物选自磁性Fe₃O₄或磁性Fe₂O₃。

所述磁性Fe₃O₄可由市售获得(上海化学试剂公司)，或者经如下方法制得：称取亚铁盐和铁盐溶于去离子水中，搅拌至完全溶解制得反应初始溶液，然后将反应初始溶液加热到70～90℃，在剧烈搅拌条件下依次加入氨水和油酸，在70～90℃范围内的某一恒定温度下恒温搅拌3～5小时，磁力沉降，水洗至中性，真空干燥制得。

优选的，所述亚铁盐和铁盐的摩尔比为1∶2；所述亚铁盐为FeSO₄或FeCl₂，所述铁盐为FeCl₃。

优选的，所述反应初始溶液中，Fe²⁺的摩尔体积浓度范围为0.5～2mol/L；Fe³⁺的摩尔体积浓度范围为1～4mol/L。

优选的，所述氨水的浓度为9wt％；且所述氨水与反应初始溶液的体积比范围为0.4～1∶1；所述油酸与反应初始溶液的体积比范围为：0.02～0.1∶1。

优选的，所述恒定温度为80℃。

所述磁性Fe₂O₃可由市售获得(上海化学试剂公司)，或者经如下方法制得：称取FeCl₃溶于去离子水中，搅拌至完全溶解制得反应初始溶液，然后将反应初始溶液加热到70～90℃，在剧烈搅拌条件下依次加入氨水和油酸，在70-90℃范围内的某一恒定温度下恒温搅拌3～5小时，磁力沉降，水洗至中性，真空干燥制得。

优选的，所述反应初始溶液中，Fe³⁺的摩尔体积浓度范围为0.5～2mol/L。