[發明專利]一種海膽狀磁性納米球及其制備與應用

在審

• 申請號: 201610134469.3
• 申請日: 2016-03-09
• 公開（公告）號: CN105688794A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 蘇海佳;趙怡琳;譚天偉
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B01J20/06
• 分類號: B01J20/06;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/30;B01J23/745;B01J23/89;B01J35/08
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 劉烽;桑勝梅

本申請要求享有2016年2月6日提交的中國專利申請No.201610083845.0的 優先權，其全部內容以引用的方式并入本申請。

技術領域

本發明屬于納米材料技術領域，具體涉及一種海膽狀磁性納米球及其制備與 應用。

背景技術

隨著經濟的快速發展，污水排放量呈現逐年增加的趨勢，其中包含的有機污 染物和重金屬離子使得水資源環境嚴重惡化。人們嘗試多種處理方法，如化學氧 化還原、膜交換、生物降解法、過濾、凝集/絮凝/沉降、吸附及光催化等。但是 這些方法由于去除效率有限，條件苛刻且成本高，目前還不能被廣泛應用。相比 而言，吸附及光催化是高效實用的方法，在污水處理、環境凈化領域有良好的前 景。其中，商用TiO₂與商用活性炭已經在環境處理和自清潔建筑材料等領域獲得 廣泛應用。

二氧化鈦(TiO₂)作為一種備受關注的半導體材料，因其化學惰性，強氧化 能力，成本效益和對光化學腐蝕的長期穩定性而被廣泛研究。光致激發的TiO₂產生電子空穴對，隨后電荷分離/遷移/轉移，導致了在TiO₂表面生產大量的活性 氧自由基和過氧化物，可以氧化水中的有機污染物。因此TiO₂成為最常用的催化 材料。

用于光催化降解的納米TiO₂通常有兩種使用形式：一是通過攪拌將納米TiO₂粉體混入溶液中，使懸浮狀TiO₂粉末與被光解物充分混合；二是將納米TiO₂固 定于某一載體材料而成固定狀。第一種方式形成的懸浮TiO₂粉末比表面積大，受 光照的效果好，光催化效果高，反應器簡單，但存在回收困難等缺點，只能一次 性應用，使得使用成本較高，限制其應用推廣。第二種方式雖然光催化效果不如 第一種方式，但是磁性納米粒子、亞微米粒子具有超順磁性，可利用外磁場將此 進行分離和回收，外磁場消失后，又可恢復粒子的高度分散性，故可回收多次使 用，使成本降低。近年來，磁性細微顆粒吸附劑在去除環境污染物方面的應用備 受關注，目前已有大量的Fe₃O₄與TiO₂、WO₃、MgO等半導體結合，獲得很好的 催化性能及方便的分離特性。

盡管上述現有技術中的磁性細微顆粒吸附劑具有較好的催化和分離效果，但 因其存在比表面積小或者吸附容量小等問題，吸附催化性能有待提高。

因此，目前存在的問題是急需研究開發一種比表面較大、吸附催化性能較高 的海膽狀磁性納米球。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種海膽狀磁 性納米球及其制備與應用。本發明通過在Fe₃O₄磁性納米粒子核表面包裹TiO₂殼 層形成具有空腔核殼結構的Fe₃O₄TiO₂磁性納米球，并進一步構造成海膽狀 Fe₃O₄TiO₂磁性納米球，再在該海膽狀Fe₃O₄TiO₂磁性納米球的TiO₂殼層內、 外表面以及針狀纖維表面修飾金屬納米粒子和/或金屬氧化物納米粒子制得表面 修飾型海膽狀Fe₃O₄TiO₂磁性納米球。本發明的海膽狀磁性納米球和表面修飾 型海膽狀磁性納米球具有較大的比表面積和較強的吸附性，較高的光催化活性和 優良的光譜抗菌性，可用于環境和生物醫藥等領域。

為此，本發明第一方面提供了一種海膽狀磁性納米球，包括Fe₃O₄磁性納米 粒子核以及包覆于Fe₃O₄磁性納米粒子核外的TiO₂殼層，且Fe₃O₄磁性納米粒子 核與TiO₂殼層形成空腔核殼結構，所述TiO₂殼層內、外表面分別分布著尖部朝 內和朝外的針狀TiO₂納米纖維。