[發明專利]鐵酸鹽/聚吡咯磁性納米光催化劑及其制備方法

無效

• 申請號: 201210260620.X
• 申請日: 2012-07-20
• 公開（公告）號: CN102744107A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 孫小強;熊攀;陳海群;陳群;何明陽;汪信;朱俊武;何光裕;孫敬文;付永勝;紀俊玲;姚超
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: B01J31/28
• 分類號: B01J31/28;B01J31/26;B01J31/32;C02F1/30;C02F1/28;C02F1/58
• 代理公司: 北京市惠誠律師事務所 11353
• 代理人: 王美華

技術領域

本發明采用原位氧化聚合的方法，制備出納米磁性光催化劑,特別是一種鐵酸鹽/聚吡咯磁性納米催化劑及其制備方法，屬于材料化學領域。

背景技術

目前在染料廢水處理方面，比較常用的方法有吸附，光催化降解和生物降解等途徑。聚吡咯由于優異的化學穩定性，制備方法廉價及特殊的能帶結構，近年來在染料廢水處理領域得到廣泛應用。

吸附由于操作簡便的特點得到了普遍的應用。目前常用的吸附劑主要包括活性炭、生物材料、粉煤灰等,然而以上眾多的吸附劑均沒有可循環使用的特點。最近，基于聚吡咯1的磁性納米吸附劑也被報道出來[Journal?of?Alloys?and?Compounds509(2011)4104-4107；Journal?of?Hazardous?Materials186(2011)150–159.]。在這些磁性吸附劑中，通常采用Fe₃O₄等磁性納米材料為磁性組分，起到磁分離的作用。光催化降解技術由于其高效及巨大的應用前景，越來越受到人們的關注。然而這些磁性納米吸附劑卻不具有光催化活性。近年來一些聚吡咯修飾的納米半導體復合材料，如TiO₂/PANI[Journal?of?Alloys?and?Compounds509(2011)1953-1957;J?Mater?Sci(2011)46:1646-1654.]等均被制備出來。然而這些光催化劑雖然具有一定的光催化活性，但是使用之后的回收及循環利用方面卻沒有得到很好的解決。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有顯著的選擇性吸附性能和良好的光催化活性鐵酸鹽/聚吡咯磁性納米催化劑及其制備方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：鐵酸鹽/聚吡咯磁性納米催化劑，由尖晶石結構的磁性納米鐵酸鹽及包覆在鐵酸鹽表面的聚吡咯構成，納米鐵酸鹽分子式為MFe₂O₄，其中M為Ni、Cu、Zn、Mn或Co。

下面是納米鐵酸鹽的制備方法，但本發明的鐵酸鹽/聚吡咯磁性納米催化劑所用鐵酸鹽并不限于這一種方法制備，即不同方法制備的鐵酸鹽均能用于本發明。第一步，將鐵鹽和含有M元素的二價鹽在溶劑中攪拌溶解；鐵鹽和M元素的二價鹽可以是硝酸鹽、硫酸鹽、氯鹽等；溶劑可以是水、乙醇、乙二醇等；投料時鐵和M元素的摩爾比為2:1；

第二步，將堿加入到第一步所得的溶液中，攪拌溶解;所述的堿可以是氫氧化鈉、氨水等；所述的堿和步驟一中所加入的M元素二價鹽的摩爾比為5~40：1；

第三步，將第二步的反應體系轉移至水熱釜中反應；反應溫度為120-200℃，反應時間為12-24h；

第四步，將第三步產物離心分離，用去離子水洗滌，干燥后獲得納米鐵酸鹽；

本發明的鐵酸鹽/聚吡咯磁性納米催化劑由以下步驟制備而得：

第1步，將納米鐵酸鹽及引發劑分散在酸溶液中;引發劑用于引發隨后加入的吡咯的聚合反應，如過硫酸銨；

第2步，在恒溫狀態下，將吡咯加入到第1步所得的體系中；

第3步，將第2步所得的體系在恒溫條件下反應；

第4步，用大量去離子水，將第3步所得的產物進行過濾分離，干燥后獲得鐵酸鈷/聚吡咯磁性納米材料。

步驟1中所述的酸溶液的濃度為0.5~1mol/L；酸可以是鹽酸、硫酸、磷酸等；酸的作用不僅是提供酸性環境，最后酸是摻雜到聚苯胺里面去的。

步驟2中所述的溫度為0~4℃，加入的吡咯和第五步中所加入的引發劑的摩爾比為1:1-3；

步驟3中所述的反應溫度為0~25℃，反應時間6~20h。

含有M元素的二價鹽為鎳鹽、銅鹽、鋅鹽、錳鹽，其它步驟相同,可以依次得到鐵酸鎳/聚吡咯、鐵酸銅/聚吡咯、鐵酸鋅/聚吡咯或鐵酸錳/聚吡咯等磁性納米復合材料。

納米鐵酸鈷、鐵酸鎳、鐵酸銅、鐵酸鋅和鐵酸錳等鐵酸鹽均是一種具有尖晶石結構的磁性納米鐵酸鹽。它們具有高的電學性能、高的居里溫度以及優異的穩定性，已經廣泛的運用到信息存儲、電學器件和藥物載體等領域。例如，鐵酸鎳的能帶間隙比較窄，只有2.19eV，被認為是一種理想的光催化劑，但是實驗結果卻發現單獨的鐵酸鹽在可見光下沒有光催化活性或者活性很低，具體的原因是由于鐵酸鹽在可見光下雖然能產生光生電子和空穴，但是產生的光生電子和空穴又很快的復合了，所以限制了其催化活性。