[发明专利]一种镧碘共掺杂光催化剂复合材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种磁性镧碘共掺杂光催化剂复合材料及其制备方法，所述复合材料由如下方法制备得到：以四氧化三铁纳米粒子为磁核、以正硅酸乙酯为硅源采用溶胶‑凝胶法在其表面包覆一层多孔活性硅层得到多孔磁性载体，然后利用钛酸酯为钛源、碘酸为原料，焙烧得到前驱体；再采用沉淀‑浸渍法，以硝酸镧为原料，制得镧碘共掺杂的可见光催化的磁性多孔二氧化钛复合微球，即所述磁性镧碘共掺杂光催化剂复合材料。本发明利用分步法制备的镧碘共掺杂光催化剂复合材料，可同时掺杂镧碘和锐钛型二氧化钛，并附于磁性基体上，既可以提高材料的光响应能力又可以增强所得催化剂的循环回收的能力。

(一)技术领域

本发明涉及一种磁性镧碘共掺杂光催化剂复合材料及其制备方法。

(二)背景技术

随着全球水体污染问题日益严重，人们意识到保护水资源、治理水污染刻不容缓。但排入水中的污染物量大、成分复杂并易扩散，且不容易降解。常规的方法耗时耗力，收效甚微。而最近几年，光催化剂因其在处理污水方面的高效能力引起了人们的关注。其中，半导体光催化剂TiO2作为一种应用前景广阔的绿色环保的治理方法，不仅工艺简单，而且治理效果明显。备受研究者们的青睐。但通常单一的光催化剂TiO2有着不易回收，光利用率低等诸多缺点而复合型TiO2光催化剂，不仅能解决不易回收这一难题，还大大提高了光催化效率。

近年来，半导体粒子成为科学家们研究最为广泛的光催化剂。这类物质可以在光照条件下，将那些难降解的污染物分解成水和二氧化碳等无机物。TiO2作为一种最为常见的半导体光催化剂，虽然有着催化效率高，无毒害，难酸碱性能好，成本低廉等多种优势。但是它也存在不少的问题，例如较宽的禁带宽度(3.2eV)，导致对太阳光的吸收利用率不高，仅能达到4％，并且回收较为困难，严重限制了其实际应用。因此，科学家们迫切的想开发出一种新型的光催化剂，能有效的改进上述缺点。在对TiO2修饰改性方面研究时，科学家们发现某些过渡金属的掺杂，能有效的提高 TiO2的光催化活性。而若选用磁性基体负载光催化剂可以有效地提高其循环回收能力。

目前，因为TiO2光催化剂的制备方法主要有气相法、溶胶凝胶法、水热法、微乳液法、液相法以及模板法等等。其中应用最广泛的就是液相法。另外，催化效率往往是决定一种催化剂好坏的一个重要标准。而影响因素可以分为外因和内因。外因主要分为环境温度、溶液pH、光源强度、被降解的物质种类等；内因主要包括其内部的结构形态、带隙宽度、产生电子和空穴的导带和价带的电势等。TiO2在自然界中的三种不同的晶态中锐钛矿型的TiO2具有更高的催化效率。其禁带宽度为3.2e V比金红石型(3.0e V)的宽，而更大的禁带宽度拥有的氧化还原能力更强。另外，锐钛矿晶粒具有较小的尺寸和较大的比表面积。尺寸越小，内部禁带宽度越大，从而产生的空穴/电子对具有更强的氧化还原能力和更高的电荷迁移速率。

磁性基体目前应用价值最大的就是具有顺磁性四氧化三铁，其具有较高的磁场饱和强度，可调的尺寸和形貌，有效可行方便可靠的制备方法。若在其表面包覆一层具有活性羟基的生物相容性的二氧化硅包覆层，可应用在生物、医学、催化剂、磁响应、磁成像等众多领域。目前主要的制备方法有共沉淀法、溶胶凝胶法、水热法等等。

综上所述，若以二氧化硅包覆的四氧化三铁为磁性基体，再辅以镧碘共掺杂的二氧化钛，结合四氧化三铁的顺磁性，二氧化硅的生物相容性和羟基活性基团，镧碘共掺杂的二氧化钛的宽的光响应性，有望制备具有良好的循环再生能力、易于循环回收、较宽的光响应能力、较好的光催化活性的新型磁性光催化活性剂，具有良好的工业应用前景。

(三)发明内容