[发明专利]一种磁催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种磁催化剂及其制备方法和应用，所述磁催化剂具有三明治结构，其中上下层均为磁性层，中间层为导电层，所述磁性层与所述导电层之间紧密贴合。其制备方法为共沉淀法或水热法等。本发明的磁催化剂利用三明治结构促进磁生电子和空穴的分离，有效分解水中有机污染物，同时具有良好的稳定性和生物安全性，是非常理想的水处理材料，可广泛应用于各种水处理领域；此外，该磁催化剂制备工艺重复性高、过程简单、耗时少，适于工业化生产。

技术领域

本发明涉及水处理领域，更具体地，涉及一种磁催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

水体中除含有无机污染物外，更含有大量的有机污染物，它们以毒性和使水中溶解氧减少的形式对生态系统产生影响，危害人体健康，有机污染物是水资源再利用的重要障碍。

目前，水处理的方式包括物理处理和化学处理。人类进行水处理的方式已经有相当多年历史，物理方法包括利用各种孔径大小不同的滤材，利用吸附或阻隔方式，将水中的杂质排除在外，吸附方式中较重要者为以活性炭进行吸附，阻隔方法则是将水通过滤材，让体积较大的杂质无法通过，进而获得较为干净的水。另外，物理方法也包括沉淀法，就是让比重较小的杂质浮于水面捞出，或是比重较大的杂质沉淀于下，进而取得。化学方法则是利用各种化学药品将水中杂质转化为对人体伤害较小的物质，或是将杂质集中，历史最久的化学处理方法应该可以算是用明矾加入水中，水中杂质集合后，体积变大，便可用过滤法，将杂质去除。

但现有的物理方法处理效果一般，而化学处理方法需要加入化学试剂，会造成不同程度的二次污染。因此本申请旨在提供一种磁催化剂，其可用于处理水中的有机污染物等。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种磁催化剂及其制备方法和应用。

本发明第一目的为提供一种磁催化剂，具有三明治结构，其中上下层均为磁性层，中间层为导电层，所述磁性层与所述导电层之间紧密贴合。本发明磁催化剂的三层结构在竖直方向可以完全重叠，也可以部分重叠，只要保证有三层相互重叠的地方。

本发明的磁催化剂利用三明治结构促进磁生电子和空穴的分离，有效分解水中有机污染物，同时具有良好的稳定性和生物安全性，是非常理想的水处理材料，可广泛应用于各种水处理领域。

进一步地，所述磁催化剂的厚度为0.01-200微米，横向最大尺寸为0.1-1000微米。所述横向尺寸来自于导电层的大小。

进一步地，所述磁性层的厚度为0.001-100微米，优选为0.01-1微米；所述导电层的厚度为0.001-50微米，优选为0.001-0.1微米。

本发明中磁催化剂的厚度比较重要，尤其是磁性层的厚度，这决定了磁性材料与磁场的耦合程度，合适的厚度会增强磁生电子和空穴的分离效果，从而产生较好的催化效果。

本发明中所述导电层的组分包括但不限于氧化石墨烯、石墨烯、二维金属硫化物、二维金属碳化物、碳纳米片中的一种或多种；优选地，所述导电层为石墨烯。其中，二维金属硫化物包括但不限于硫化钼、硫化钨、硫化钽等，二维金属碳化物包括但不限于碳化钛、碳化钼，碳化钨等。

本发明中所述磁性层的组分包括但不限于铁、钴、镍单质，铁磁性金属铁钴镍的氧化物、氢氧化物、磷化物、硼化物，以及铁氧体中的一种或多种；优选地，所述磁性层为铁氧体。

本发明第二目的为提供上述磁催化剂的制备方法，可以为共沉淀法、水热法、溶剂热法、溶胶凝胶法、微乳液法或固相反应法。优选地，所述制备方法为共沉淀法或水热法。

本发明第三目的为提供上述磁催化剂在处理含有有机污染物的废水中的应用。