[发明专利]一种磁性钒酸铋/钛酸铋/四氧化三铁光催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种磁性钒酸铋/钛酸铋/四氧化三铁光催化剂及其制备方法与应用，属于环境功能材料合成与应用领域。本发明以鲜花状钒酸铋为基体，鲜花状钒酸铋颗粒表面同时修饰有钛酸铋和四氧化三铁纳米颗粒，最终形成钒酸铋/钛酸铋/四氧化三铁复合光催化剂，其晶粒尺寸为0.5‑5.0μm，形貌为鲜花状。本发明的三元复合光催化剂具有吸附性能强、光催化活性高、稳定性强、可回收再利用等优点，并且其制备工艺简单、投入产成比高，适于工业化生产。本发明制备的三元复合光催化剂可用于处理重金属与抗生素复合污染废水，具有应用方法简单、吸附效果好、光催化剂效率高、中间产物少、回收重复利用性能强等优点，因此具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明公开了一种磁性钒酸铋/钛酸铋/四氧化三铁光催化剂及其制备方法与应用，所制得的磁性三元复合光催化剂在模拟太阳光照射下具有极强的光催化性能吸附性能，可用于抗生素的降解和复合污染物的吸附，属于光催化剂类新材料领域。

背景技术

近年来，抗生素由于其卓越的功效被广泛应用于医药制造业、农业和水产养殖业，并由此造成了大量的抗生素物质流入到地表水和地下水中，导致了严重的抗生素污染现象，对人类的身体健康带来了严重的威胁。由于自然环境承载力有限和现有水处理设施技术的限制，抗生素污染不能得到有效控制。更为严重的是，在工业集中废水中抗生素物质经常与重金属离子结合形成复合污染物，而这种复合污染物相对于单类物质具有更强的生物毒性，大大提高了生态污染风险，给人类的正常生活造成了严重的挑战，因此，急需寻找一种能够去除抗生素和重金属复合污染物的高效、节能、绿色的技术。光催化法、吸附法、离子交换法和膜过滤法等现有技术常被用于去除抗生素污染物，这些技术中，光催化技术由于其矿化效率高(中间产物少)、节能、使用过程简单和无二次污染等优点被认为是一种高效、绿色的技术方法，得益于纳米材料技术的快速发展，光催化材料在水处理方面的应用更是得到了极大的促进。然而，由于现有光催化材料在可见光区域的响应性不够理想、电子及空穴传递和分离能力差、材料本身比表面积低等，使得光催化材料无法取得理想的光催化效果。此外，光催化材料本身比表面积低、功能基团少，所以在用于去除新型复合污染物时不能有效去除重金属污染物，也限制了光催化材料在复合污染物治理领域的应用。

发明内容

1、发明要解决的技术问题

针对现有光催化材料制备与使用过程中存在的不足，本专利需要解决以下问题：

1)新材料制备过程中如何减少有机溶剂的用量；

2)新材料如何能同时去除抗生素和重金属离子，且能够回收再利用；

3)如何能优化材料结构，提高材料的比表面积；

4)如何提高光生电子和空穴的传递和分离能力。

2、技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种磁性钒酸铋/钛酸铋/四氧化三铁光催化剂的制备方法，其步骤包括：

(1)将五水硝酸铋溶解在一定温度的去离子水中，保持此温度超声处理十分钟后加入十二水钒酸钠，同样超声处理十分钟后，过滤出悬浮物，将其装入容器中高温处理。处理后的物质冷却至室温后用去离子水和乙醇混合物冲洗三次，后在80℃的烘箱中放置12h烘干。

所述步骤(1)中去离子水的温度控制为20～50℃，用于冲洗的去离子水与乙醇的体积比为1:(0.2～10)，高温处理的温度控制为150～500℃，高温处理的时间为6～24h，五水硝酸铋与去离子水、十二水钒酸钠的质量比为1:(10～1000)：(0.5～50)。

(2)将上述制得的颗粒置入去离子水中超声分散十分钟，后缓慢加入一定量的五水硝酸铋和钛酸四丁酯，超声分散十分钟后加入纳米四氧化三铁颗粒，将得到混合物装入容器中高温处理，处理后的物质冷却至室温后用无水乙醇冲洗四次，冻干24小时后用去离子水清洗三次，最后在80℃的烘箱中放置24h烘干。