[发明专利]磁载纳米Fe3O4/SiO2/TiO2可见光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于可见光催化剂技术领域，特别涉及一种环境友好型磁载纳米Fe₃O₄/SiO₂/TiO₂可见光催化剂及其制备方法。

背景技术

随着经济的发展，环境污染越来越严重，特别是水资源污染已严重威胁着人类的健康，引起了人们的高度重视。在污水处理方面，以往常用的方法主要有：过滤法、沉淀法、气浮法、化学混凝法等，但这些方法去除率低，净化很不彻底，而且对废水具有极大的选择性。

纳米TiO₂半导体光催化氧化技术克服了许多传统方法的不足，为污水处理提供了全新的思路。TiO₂的光催化性能是由于其所具有的特殊的能带结构，当能量大于半导体禁带宽度(3.2eV)的光照射TiO₂时，激发出高活性的光生电子和光生空穴，电子和空穴与溶液中的O₂、H₂O分子反应，产生非常活泼的羟基自由基(·OH)、超氧离子自由基(·O^2-)和·HO₂自由基，这些都是氧化性很强的自由基，将有机物中的P、S和卤素分别氧化为PO₄^3-、SO₄^2-和X^-；将含N物质转化为NH₄⁺或NO₃^-。光催化产生的强氧化性的羟基自由基可以杀死水体中的原生动物和细菌，并可将其分解为水、CO₂和微量无机盐，同时还可以去除水中的COD、DOC(或TOC)及浊度。

通常光催化反应是在悬浮液中进行，悬浮相TiO₂光催化反应剂难回收，成为TiO₂光催化在水处理时的一个大缺陷。

四氧化三铁(Fe₃O₄)作为一种半导体材料，具有磁性，且有助于提高光催化活性。将纳米TiO₂包覆在Fe₃O₄磁核的表面，组装成核壳结构的磁载光催化剂，可利用磁分离技术方便迅速地回收磁载光催化剂，既保持良好的光催化活性，且又可多次再生利用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一在于提供一种环境友好型磁载纳米Fe₃O₄/SiO₂/TiO₂可见光催化剂。

本发明所要解决的技术问题之二在于提供一种磁载纳米Fe₃O₄/SiO₂/TiO₂可见光催化剂的制备方法。

作为本发明第一方面的磁载纳米Fe₃O₄/SiO₂/TiO₂可见光催化剂，其结构为位于核心的Fe₃O₄，位于Fe₃O₄外层的SiO₂中间层以及最外层的纳米TiO₂层，其中Fe₃O₄摩尔体积百分比为1～50％，SiO₂摩尔体积百分比为0.001～30％，纳米TiO₂摩尔体积百分比为20～98.999％。

所述SiO₂为无定型结构层，均匀地包覆在球形的Fe₃O₄磁核的表面。

所述纳米TiO₂层通过低温水热合成方法制备，其晶相包含80～100％的锐钛矿相，其余为金红石相。

作为本发明第二方面的磁载纳米Fe₃O₄/SiO₂/TiO₂可见光催化剂的制备方法，具体由以下步骤组成：