[发明专利]一种可磁分离的复合光催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于化工及环保工程技术领域，具体涉及一种可磁分离的复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

光催化技术的关键是光催化材料，TiO₂以其价廉无毒，使用寿命长，催化活性高，热稳定性和耐腐蚀性好而成为最常用的光催化剂。然而光生电子与空穴的复合在纳秒间发生，从而导致光催化剂的催化效率大大降低，纳米级光催化剂能够使得光生电子从体内扩散到表面所需时间变短，减少光生电子与空穴的复合几率，并且比表面积增大，增强了催化剂吸附污染物的能力，可以大大提高光催化降解污染物的效率。但粉末型纳米TiO₂光催化剂由于颗粒小而易于团聚，从而致使分离回收存在技术难题。

关于悬浮体系中纳米TiO₂光催化剂的分离回收问题，国内外报道较多的是以玻璃类、金属类、吸附剂类、天然矿物类、陶瓷类及阳离子交换柱、高分子聚合物等为载体制备负载式纳米TiO₂光催化剂；也有报道将TiO₂直接负载到Fe₃O₄上，或先在活性炭和凹凸棒石等材料上直接包覆Fe₃O₄后再负载TiO₂，通过设置一个外加磁场实现对光催化剂快速有效地分离回收，但由于Fe₃O₄较活泼，热稳定性较差，与TiO₂结合能力也较弱，使TiO₂的负载量和光催化活性均降低。为了避免TiO₂与Fe₃O₄直接接触的缺陷，也有报道用SiO₂作为中间层制备核壳结构的磁性纳米复合光催化剂，但SiO₂层在90℃左右的水溶液中易发生溶解而脱落，故SiO₂中间层的稳定存在是一个待解决的问题。

关于纳米TiO₂光催化剂的制备及其活性的提高，国内外较多研究表明，溶胶-凝胶法是制备纳米TiO₂光催化剂最常用的方法之一，该法反应条件温和，操作简单，成本较低，一般采用钛酸丁酯作为前驱物在有机溶剂中进行水解，然而水解抑制剂的选择及其在溶胶水溶液中的浓度都将影响所制备TiO₂的粒径及其光催化活性。

关于光催化技术在水处理中的应用，已有研究多集中于单一有机物废水或单一重金属废水的处理，水中重金属离子被光催化还原而去除，水中有机污染物被光催化氧化而去除，然而在重金属离子Cr(VI)和有机物2,4-DCP共存的废水中，能否应用光催化技术将这两种污染物同步去除是一个有待研究的问题。

发明内容

本发明的第一个目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种吸附性能和光催化活性好、对光波长的响应范围宽、可磁分离的复合光催化剂。

本发明的可磁分离的复合光催化剂是，以磁性海泡石为载体，负载纳米TiO₂，其TiO₂的负载量为11.9%~24.1%，磁化率为20.01emu/g~49.10emu/g。

所述磁性海泡石是在海泡石原土的层间、孔道和表面采用化学法撑进入Fe₃O₄柱。

本发明的第二个目的是提供一种上述可磁分离的复合光催化剂的制备方法，它包括如下顺序的步骤：

（1）磁性海泡石的制备：采用化学法将Fe₃O₄柱撑进入海泡石原土的层间、孔道和表面使海泡石原土负磁，具体步骤是：在60℃水浴条件下，将适量FeCl₃·6H₂O溶于蒸馏水中，再加入海泡石原土，混合均匀，然后按Fe³⁺：Fe²⁺摩尔比为1.75~2:1、总铁浓度为0.7mol/L的比例加入FeSO₄·7H₂O粉末，以浓氨水调节溶液的pH=9~11，快速搅拌反应30min后进行磁分离，将所得沉淀物洗涤、干燥、研磨、过80目筛，即得磁性海泡石；

（2）将钛酸丁酯溶于无水乙醇中，滴入无水乙酸作为水解抑制剂，再加入步骤（1）制得的磁性海泡石，搅拌反应得到A液；

（3）在无水乙醇中加入蒸馏水，以1:1硝酸调节溶液的pH为2~3，得到B液；