[发明专利]三维结构赤铁矿光催化材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光催化材料的制备方法，特别涉及三维结构赤铁矿光催化材料的制备方法。

背景技术

纳米赤铁矿具有禁带宽度窄，性能稳定，无毒，价格低廉，对紫外光和可见光表现出良好的光电化学响应，太阳光利用效率高等特点，广泛用于降解环境污染物、废气，光解水制氢、制氧等领域，是一种非常有前途的可见光催化剂。

陶瓷三维无模浆料直写成型技术是一种不依赖模具，不需要后续外部加工的制备微小尺度三维复杂结构功能陶瓷材料的无模直写成型方法。该技术是以气压为动力将原料挤出，通过计算机程序控制浆料直写成型设备逐层成型而得到所设计的结构，是一种集计算机辅助设计、精密机械和材料学为一体的方法，可用于对高聚物、功能陶瓷及一些软质材料（如石蜡）的加工，尤其在功能陶瓷器件的制备方面，具有成型速度快、制造周期短等特点，其路径宽度从亚微米到毫米级别。

发明内容

本发明的目的是提供一种三维结构赤铁矿光催化材料的制备方法。

本发明三维结构赤铁矿光催化材料的制备方法，包括以下步骤：

1）、备料：用铁源、溶剂和催化剂制备溶胶，放置形成凝胶，将凝胶干燥后于300～600℃煅烧1～4h，然后研磨制得纳米赤铁矿陶瓷粉体；

    将所述纳米赤铁矿陶瓷粉体配制成浆料；

2）、成型：将制得的浆料加入浆料直写成型设备的针筒，控制针头沿成型轨迹相对工作台运动，同时针筒中的浆料不断从针头中挤出沿所述成型轨迹逐层成型，制得三维结构；

3）、将制得的三维结构热处理，得到三维结构赤铁矿光催化材料。

优选地，所述浆料为光敏浆料，所述成型步骤包括在成型中用紫外光照射已成型部分。

优选地，按体积计，所述光敏浆料包括35%～75%粒径为300nm～3um的所述纳米赤铁矿陶瓷粉体和65%～25%的光敏胶；所述光敏胶包括光敏胶主体、光引发剂和苯偶酰。

优选地，以质量计，所述光敏胶主体包括25%～35%的甲基丙烯酸甲酯和75%～65%的季戊四醇三丙稀酸脂，所述光引发剂为2,2-二乙氧基苯乙酮，所述光敏胶中光引发剂的质量百分含量为0.5~15%、苯偶酰的质量百分含量为2~10%；所述光敏浆料通过以下方法制得：以甲基丙烯酸甲酯为单体、季戊四醇三丙稀酸脂为交联剂、2,2-二乙氧基苯乙酮为光引发剂配制混合溶液，向混合溶液中加入所述苯偶酰，持续搅拌至澄清制得光敏胶，将所述纳米赤铁矿陶瓷粉体加入制得的光敏胶中，搅拌均匀即制得所述光敏浆料。

在采用了光敏浆料和紫外光照射辅助成型的制备方法中，所述热处理可以仅包括干燥处理，该干燥处理优选在200～400℃下预烧1～2 h。所述热处理还可以包括干燥处理和烧结处理，优选地，首先在200～400℃下预烧1～2 h，再在高温烧结炉内在700～1200℃保温3～6小时进行烧结处理。

所述浆料也可以采用非光敏浆料，优选地，这种浆料通过以下方法制得：

以二水合柠檬酸三钠为分散剂，将其与纳米赤铁矿陶瓷粉体混合，以酒精为助磨剂球磨20～30h，其中纳米赤铁矿陶瓷粉体和二水合柠檬酸三钠的质量比为40～100：1，将球磨后的浆料烘干，过筛待用；将二水合柠檬酸钠作为分散剂加入去离子水中，二水合柠檬酸钠和去离子水的摩尔比为1：100～300，均匀搅拌成澄清混合液之后，逐步向其中加入上述经过球磨分散处理的纳米赤铁矿和二水合柠檬酸三钠混合粉料，溶解制得纳米赤铁矿固相质量百分含量为50%～75%的浆料，经过20～30h陈化之后制得成型用浆料。在加入混合粉料溶解的过程中，最好用超声处理并辅以玻璃棒搅拌加速溶解。

在采用非光敏浆料的制备方法中，所述热处理优选：首先在30～60℃烘干，然后在高温炉中将纳米赤铁矿三维结构置于纳米赤铁矿粉料中在600～1200℃埋烧3～10小时。

优选地，所述铁源为硝酸铁，所述溶剂为乙醇，所述催化剂为环氧丙烷。

优选地，所述溶胶中铁离子浓度为0.2～0.5mol/L。

本发明制备方法简单、易操作，能够制备各种复杂结构的三维结构赤铁矿光催化材料。与普通赤铁矿光催化材料相比，本方法制备的三维结构赤铁矿光催化材料具有较高的可见光吸收效率。

具体实施方式

    下面结合具体实施例进一步对本发明做详细的说明。

实施例一：