[发明专利]一种海胆状银壳磁性纳米催化剂的制备及应用

说明书

本发明涉及了一种海胆状银壳磁性纳米催化剂的制备方法及其应用，该结构是以磁性纳米颗粒(Fe₃O₄)为核心，在Fe₃O₄颗粒表面包裹一层SiO₂壳，并在SiO₂壳表面生长出海胆状银外壳。制备方法包括如下步骤：首先制备Fe₃O₄颗粒作为磁性内核；在Fe₃O₄磁性颗粒表面包覆一层SiO₂壳；通过正丁胺还原法在Fe₃O₄@SiO₂磁性颗粒表面生长出一层密集的银粒子作为种子；最后在氨水提供的碱性环境中，以甲醛为还原剂，在超声条件下快速还原出海胆状银壳磁性纳米颗粒。本发明还涉及了由上述方法制备的海胆状银壳磁性纳米颗粒作为催化剂的应用，由于其分散性好、结构稳定、催化活性强，并具有强磁响应性及超顺磁性，便于循环利用，可用于催化降解水体中的多种有机污染物，例如对硝基苯酚(4‑NP)、亚甲基蓝(MB)等。

技术领域

本发明属于纳米材料及催化领域，具体涉及一种海胆状银壳磁性纳米催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

随着我国经济的快速发展，环境保护问题日益突出，工业及农业污水排放量呈现逐年增加的趋势，这些有机污染物的排放使得水资源环境严重恶化。目前，针对水体中有机污染物的处理手段主要包括吸附处理、微生物降解、凝集/絮凝/沉降、化学氧化还原、催化降解及电化学处理等。大量研究表明，金属纳米颗粒(金、银、钯、铂、镍等)在催化反应中显示出较强的催化性能。这些纳米金属催化剂具有巨大的比表面积及表面催化活性，催化降解有机污染物的效率远远优于传统金属催化剂。但这些小尺寸的金属纳米颗粒易团聚并且很难回收，在实际应用中受到很大的限制。

近年来，研究人员发现将金属纳米催化剂固定在固相载体上可以保持金属纳米颗粒的催化活性，并保护纳米颗粒在溶液中不团聚。特别是采用磁性纳米颗粒或亚微米颗粒为载体时，由于这些磁性颗粒具有超顺磁性，可以利用外加磁场进行分离和回收，撤去外加磁场后，又可恢复纳米催化剂的高度分散性，因此可以回收重复使用，使成本极大的降低。

纳米银具有强大的催化性能，且价格便宜，是一种理想的纳米催化剂。将纳米银与磁性纳米粒子结合在一起可以制备出高性能的纳米催化剂。目前，一些银壳磁核颗粒或银颗粒修饰的磁复合纳米催化剂已经被报道。但上述结构存在比表面积小、结构不稳定或者磁性弱等问题，不能完全满足实际使用的需求。因此，目前存在的问题是急需开发一种比表面积大、结构稳定、催化效能高、磁响应能力强的银壳磁性纳米催化剂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有纳米催化剂的不足，提供一种高性能的海胆状银壳磁性纳米催化剂及其制备与应用。本发明以超顺磁性的Fe₃O₄粒子作为核心提供了很强的磁响应能力，并在磁核表面还原出海胆状的银壳，提供了较大的比表面积和催化活性。这种海胆状银壳磁性纳米颗粒还具有结构稳定、成本低廉、可重复使用的优点，可作为一种性能优异的催化剂。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：以Fe₃O₄颗粒为核心提供磁性能，并通过正硅酸乙酯水解在Fe₃O₄颗粒表面包覆上一层SiO₂壳作为保护层，然后通过正丁胺还原法在Fe₃O₄@SiO₂磁性颗粒表面生长出一层密集的银粒子作为种子，最后在氨水提供的碱性环境中，以甲醛为还原剂，在超声条件下快速还原出海胆状银壳磁性纳米颗粒。

一种海胆状银壳磁性纳米催化剂的制备，其特征在于，包括以下步骤：