[发明专利]一种磁性复合光催化剂及制备方法及用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂的制备方法，特别是涉及一种磁性复合光催化剂的制备方法。

背景技术

1972年Fujishima和Honda在Nature上发表的关于金红石型二氧化钛半导体单晶电极上发现水分解为氢和氧的文章，开创了纳米半导体多相光催化研究的新纪元。众所周知，太阳光由5％-7％的紫外光，约46％的可见光及红外光等组成，TiO₂由于带隙太宽，只能被紫外光激发，且光激发产生的电子-空穴对容易复合，无法高效利用可见光部分。研究者已经采用各种技术对TiO₂进行修饰，包括元素掺杂和染料敏化等。采用光敏剂进行敏化的方法是提高光催化剂效率的有效方法。卟啉配合物是一种化学性质稳定的光敏剂，由于其在可见光区具有较好的吸收，卟啉敏化可以拓宽TiO₂半导体的光响应范围，提高光生电子-空穴对的分离效率，进而提高TiO₂在可见光下的光催化效率。

然而，卟啉敏化的复合光催化剂在后续的实际工业使用中受到限制，因为在光催化反应和分离净化的过程中，容易造成悬浮颗粒的损失，损耗了部分光催化剂，降低了光催化剂的利用率，同时也会残留在处理的水中造成二次污染，对环境造成危害。

亚甲基蓝是一种阳离子吩噻嗪染料，是印染废水中典型的有机污染物之一，催化降解是处理废水的主要途径。但目前使用的催化剂成本较高，且催化效果并不理想。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种使产品分散性良好且催化效率高的磁性复合光催化剂。

本发明的第二个目的是提供一种磁性复合光催化剂的制备方法。

本发明的第三个目的是提供一种磁性复合光催化剂的用途。

本发明的技术方案概述如下：

一种磁性复合光催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)按比例，将2～5mmol吡咯，2～5mmol 4-羧基苯甲醛溶解在100mL～150mL丙酸中，在100～140℃搅拌4～5小时，降至室温，加入40～80mL甲醇，在0～8℃放置10～15h，有紫色沉淀析出，过滤，沉淀用甲醇洗涤2～3次后，再用60～80℃水洗涤2～3次，溶解于100～200mL体积浓度为2～5％的丙酮氯仿溶液中，过硅胶色谱柱，用氯仿淋洗，收集淋洗液，旋蒸，得到meso-四(4-羧基苯基)卟啉；

(2)将0.10～0.50mmol meso-四(4-羧基苯基)卟啉溶解于20～50mL二氯甲烷中，充入N₂10～15min得溶液1，将5～10mL含有0.15～0.25mmol醋酸锌的甲醇溶液加入溶液1中，室温搅拌10～12小时，减压蒸馏得到紫色固体，将紫色固体溶解在二氯甲烷中，用50～80mg/L的碳酸氢钠水溶液和水洗，加入硫酸镁吸水，减压除去溶剂，过硅胶色谱柱，用体积比为95:5的二氯甲烷：乙酸乙酯淋洗，得到简称为ZnTCPP的meso-四(4-羧基苯基)锌卟啉；

(3)在25℃条件下，将5～8mmol三氯化铁溶解在60～90mL乙二醇中，加入0.05～0.07mol醋酸铵，搅拌直到形成均一透明的溶液2，取25～35mL溶液2转移到50mL聚四氟乙烯反应釜中，200～250℃保持12～14h，将所述反应釜冷却到室温得到黑色固体，将黑色固体用乙醇洗2-3次，水洗2-3次，干燥，得到直径为350～400nm的Fe₃O₄；

(4)将0.3～0.6g步骤(3)获得的Fe₃O₄分散在由8～10mL乙醇和1～3mL钛酸四丁酯混合得到的溶液中，转移到10mL的烧杯中，将烧杯放入50mL不锈钢反应釜中，烧杯和反应釜中间的空隙加入2～5mL蒸馏水，密封不锈钢反应釜，将不锈钢反应釜加热到150～180℃，保持12～14h，将不锈钢反应釜降温到室温，倒出烧杯中的上清，沉淀用水洗2-3次，乙醇洗2-3次，干燥，得到Fe₃O₄@TiO₂磁性材料；