[發明專利]一種導電聚合物修飾的磁性光催化劑及其制備方法

無效

• 申請號: 201010165113.9
• 申請日: 2010-04-30
• 公開（公告）號: CN101856628A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發明（設計）人: 王戈;黃秀兵;楊穆;譚麗;郭萬春
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B01J31/38
• 分類號: B01J31/38;B01J31/28;C02F1/30
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產權代理事務所(普通合伙) 11296
• 代理人: 劉淑芬

技術領域

本發明屬于光催化劑及其制備方法的技術領域，具體涉及一種導電聚合物修飾的磁性光催化劑及其制備方法，該催化劑能在可見光下進行光催化。

背景技術

隨著能源、環境問題日益嚴重，人們生活水平的提高和環保意識的加強，對廢水或污水處理的研究和實施也在不斷深化和發展。現有污水處理方法一般有物理過濾法、化學-氧化法、光催化降解法等。其中，光催化降解法因利用光作為能源激發，半導體作為光催化劑分解廢水或污水中的有機污染物，分解成二氧化碳、水或低分子化合物，得到了廣泛的研究和應用。在所研究的半導體光催化劑(TiO₂、ZnO、Fe₂O₃、CdS、CdSe等)中，由于某些化合物本身具有一定的毒性，而且有的半導體在光照下不穩定，存在不同程度的光腐蝕現象，所以目前只有TiO₂是研究和應用較為廣泛的半導體光催化劑。但TiO₂光催化劑存在回收難、光催化效率低等缺點。

磁性納米顆粒具有磁響應性能，可在外磁場作用下回收，并具有方便快捷、提取效率高等特點。如CN?1562817A公開的名稱為“磁性納米TiO₂/SiO₂/Fe₃O₄復合光催化劑凈化廢水方法及裝置”的中國發明專利申請，制備出雙層包覆結構的TiO₂/SiO₂/Fe₃O₄復合光催化劑，用紫外光作為光源，并發明了一套凈化廢水的裝置，來提高凈水效率。該專利通過裝置的改善來提高光催化效果，但所制備的光催化劑本身的催化效率還有待提高。為了提高二氧化鈦的光催化能力，可以對其進行改性處理，如貴金屬沉積、離子摻雜、光敏化、表面還原處理等，其中光敏化可延伸TiO₂的激發波長范圍，提高長波輻射光子利用率，是提高TiO₂光量子效率的主要研究內容之一。光活性敏化劑在可見光下具有較大的激發因子，在可見光照射下，吸附態光活性分子吸收光子被激發，產生自由電子，然后激發態光活性分子將電子注入到TiO₂的導帶上，擴大TiO₂激發波長的范圍，使之能利用可見光來降解有機物。其中，導電聚合物因其有共軛結構，是良好的光敏劑。如CN?101444751A公開的名稱為“聚苯胺-納米ZnS復合光催化劑及其制備方法”的中國發明專利申請，以聚苯胺為骨架，負載納米ZnS，在紫外光和可見光照射下具有催化作用。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種處理效率高、成本低、可磁性回收的磁性光催化劑，該催化劑能夠將廢水或污水中的有機有害物質降解，使廢水或污水得到有效地凈化，并且可以通過施加磁場對光催化劑進行回收再利用。

本發明的另一目的在于提供一種處理效率高、成本低、可磁性回收的磁性光催化劑的制備方法，該方法制備簡單、產率高。

本發明的一種導電聚合物修飾的磁性光催化劑，所述磁性光催化劑有三層包覆結構的復合催化劑，其內核是磁性微粒，外層包覆有SiO₂，SiO₂的外部包覆有TiO₂，TiO₂的外部再包覆有少量導電聚合物。

進一步的，上述內核的磁性微粒材料為四氧化三鐵、γ-三氧化二鐵、NiFe₂O₄、CoFe₂O₄其中的一種或幾種。

進一步的，上述內核的磁性微粒的球粒徑尺寸在100～400nm。

本發明的一種導電聚合物修飾的磁性光催化劑的制備方法如下：

以磁性微粒為內核，利用溶膠-凝膠化學的原理，采用硅源前軀體水解，首先在磁性微粒表面包覆上一層無定形二氧化硅；然后利用溶膠-凝膠法在二氧化硅層表面包覆一層二氧化鈦，經過高溫處理后可得到銳鈦礦型的二氧化鈦；接著分散在導電聚合物單體的鹽酸水溶液中，加入氧化劑溶液，反應后得到導電聚合物修飾的磁性光催化劑粉末。

導電聚合物修飾的光催化劑的原理是：光催化劑在光能的作用下，包覆在光催化劑表面的導電聚合物吸收光子被激發，產生大量的自由電子，然后將電子轉移至TiO₂的導帶上，提高了電荷分離效率，因此提高了光催化劑的光催化活性。該光生電子具有強還原性，而低能價帶則因此出現光生空穴，具有強氧化能力，可殺菌、消毒，幾乎可以氧化一切有機污染物。

本發明的一種導電聚合物修飾的磁性光催化劑的具體制備步驟為：