[發明專利]一種非金屬元素摻雜MxFe3?xO4@TiO2磁性復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201510076198.6
• 申請日: 2015-02-12
• 公開（公告）號: CN104707616B
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 姚運金;秦家成;陳浩;魏鳳玉;蔡云牧;盧芳
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: B01J23/80
• 分類號: B01J23/80;B01J23/75;B01J23/745;B01J27/135;B01J27/02
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司34101
• 代理人: 何梅生

技術領域

本發明涉及一種M_xFe_3-xO₄@TiO₂磁性復合材料的制備方法，具體地說是涉及一種非金屬元素摻雜M_xFe_3-xO₄@TiO₂磁性復合材料的制備方法，屬于光催化材料制備技術領域。

背景技術

隨著社會經濟的快速發展，環境污染問題越來越成為社會關注的焦點，其中有機廢水對水域環境的污染尤為突出。通過開發具有吸附和光催化性能的產品處理有機染料是解決此類環境污染問題的有效方法。

納米半導體材料，例如銳鈦礦相TiO₂作為一種重要的光催化材料，廣泛應用于染料等有機污染物治理領域，是目前最具應用前景的催化材料之一。然而由于銳鈦礦相TiO₂光催化劑帶隙寬度為3.2eV，致使其只能吸收波長小于387nm的紫外光能量，太陽光利用率低。與此同時，光激發產生的電子(e^-)和空穴(h⁺)的復合，導致光量子效率同樣很低。當前主要從兩方面進行改性：一是降低TiO₂的禁帶寬度，擴大光譜響應范圍；二是加入俘獲劑阻止電子-空穴的復合，提高電子效率。其中對TiO₂進行非金屬元素摻雜改性是一個研究熱點，主要的摻雜元素有C、N、S、B以及鹵素等。常見的方法有離子注入法、化學蒸發沉積法、溶膠-凝膠法等。例如Diwald等(J.Phys.Chem.B.2004,108,6004-6008.)通過在氨氣氛圍中高溫煅燒處理銳鈦礦TiO₂(110)單晶，制備出氮摻雜的TiO₂，吸收光譜表明氮進入TiO₂晶格，有效改變了晶體的能帶結構。非金屬摻雜TiO₂雖然提高了材料的光催化性能，但是這些材料在催化反應結束后難以實現從水體中高效分離，將易分離材料作為基底與TiO₂形成復合材料是一種研究突破。

納米磁性粒子具有良好的磁分離回收特性，將其作為TiO₂的載體，可以利用其優點來解決水體中納米TiO₂微粒難以分離回收的難題。例如付烏有等(Acta Materiae Compositae Sinica,2007,3(24),136-140.)采用溶膠-凝膠法在納米MnFe₂O₄表面包覆銳鈦礦型TiO₂納米層制備銳鈦礦型TiO₂@MnFe₂O₄復合材料。黃英等(Materials Science&Technology,2009,17(5):691-695.)先使用共沉淀法制備出CoFe₂O₄納米顆粒，加入鈦酸正丁酯恒溫水浴，經高溫煅燒制得目標產物。

為了進一步提升TiO₂/磁性復合材料的性能，已有對其進行非金屬摻雜改性的工作報道。例如許士洪等(Chemical Journal of Chinses Universities,2008,9(6),1205-1210)先用回流冷凝法制備出NiFe₂O₄顆粒，再用化學沉積法在表面負載SiO₂進行包覆，然后將該納米粒子與改性的TiO_2-x-N_x通過機械混合均勻后高溫煅燒制得目標產物。此方法流程長且將磁性納米顆粒和TiO_2-x-N_x通過機械混合干燥后煅燒，材料穩定性和循環再生性不足。林曉霞等(Journal of Inorganic Materials,2013,28(9),997-1002.)通過溶膠-凝膠法制備F摻雜納米TiO₂，將其負載到含有Fe₃O₄溶膠的磁性活性碳上，通過超聲分散、旋轉蒸發、烘干后即制得磁性活性碳負載F 摻雜納米二氧化鈦的光催化劑。該光催化劑經過多次循環后性能部分降低，可能是由于F-TiO₂脫落的緣故。