[發(fā)明專利]一種具有SPR響應(yīng)的磁性光催化劑及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710908271.0
• 申請(qǐng)日: 2017-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107744821A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李勝玲;劉憲華;張蕾;董豐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J27/185
• 分類號(hào): B01J27/185;B01J35/02;B01J37/34;C02F1/30;C02F1/72;C02F101/30
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所12201
• 代理人: 琪琛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光催化劑技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)，是涉及一種磁性納米光催化劑。

背景技術(shù)

孔雀石綠(MG)是一種三苯甲烷類染料，被廣泛應(yīng)用于印染、皮革、紡織工業(yè)等。由于具有高效的殺菌作用且價(jià)格低廉，它也被廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)。孔雀石綠具有高毒性、高殘留性且對(duì)生物體有致癌、致畸、致突變作用，因此，選用高效穩(wěn)定且成本低廉的處理方法去除水體中的孔雀石綠意義重大。

1972年，日本科學(xué)家Honda和Fujishima在《Nature》雜志上發(fā)表有關(guān)n型半導(dǎo)體TiO₂單晶電極上光催化全分解水制氫氣和氧氣的論文，該發(fā)現(xiàn)在科學(xué)界掀起光催化研究的熱潮。1976年，John.H.Carey接著報(bào)道了TiO₂對(duì)多氯聯(lián)苯的光催化氧化，這是首次將光催化技術(shù)應(yīng)用于污染物處理工作，提供了有機(jī)物氧化的一條新思路。相比于傳統(tǒng)的物理法、化學(xué)法和生物法等水污染治理手段，光催化法具有工藝簡(jiǎn)單，能耗低，操作條件容易控制，污染物降解效率高等特點(diǎn)，被認(rèn)為是一種具有良好發(fā)展前景的環(huán)保新技術(shù)。

目前，在光催化領(lǐng)域研究較多的光催化劑有TiO₂、ZnO、CdS、BiVO₄等，但這些催化劑仍存在光響應(yīng)范圍窄和光催化量子率低等問(wèn)題，嚴(yán)重限制了光催化劑的實(shí)際應(yīng)用。近年來(lái)，研究人員對(duì)一元半導(dǎo)體材料進(jìn)行摻雜和改性，使得其光催化活性有所提高，但催化性能仍較低，達(dá)不到實(shí)際應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。此外，光催化反應(yīng)大多在懸浮體系中進(jìn)行，導(dǎo)致光催化劑尤其是納米光催化劑的回收利用比較困難，傳統(tǒng)的分離方法如離心、過(guò)濾等過(guò)程冗長(zhǎng)且花費(fèi)較高，這也給普通光催化劑的實(shí)際應(yīng)用和工業(yè)化帶來(lái)不便。因此，開(kāi)發(fā)具有較高的可見(jiàn)光響應(yīng)并易于回收利用的光催化劑是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。另外，光催化劑傳統(tǒng)的合成方法如水熱法、溶劑熱法，耗時(shí)較長(zhǎng)，且對(duì)設(shè)備要求高，技術(shù)難度大，因此尋求一種有效快速的合成方法對(duì)光催化劑的廣泛應(yīng)用具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的光催化劑制備時(shí)間長(zhǎng)、降解效率低以及回收困難等技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種具有表面等離子體共振(SPR)效應(yīng)的磁性光催化劑Ag/Ag₃PO₄/Fe₃O₄其制備方法，首先利用微波照射快速、簡(jiǎn)單的制備磁性良好、粒徑均一的納米Fe₃O₄顆粒，之后采用超聲輔助原位沉淀法制備磁性復(fù)合催化劑Ag₃PO₄/Fe₃O₄，最后利用微波還原部分銀制備出Ag/Ag₃PO₄/Fe₃O₄復(fù)合材料；微波爐內(nèi)熱量均勻傳遞利于納米顆粒成核，縮短結(jié)晶時(shí)間，所制備的納米粒子粒徑小、分布窄、形貌規(guī)則，具有較高的催化活性；同時(shí)Fe₃O₄的存在使得催化劑具有超順磁性，在降解完成后僅利用外部磁場(chǎng)即可實(shí)現(xiàn)快速回收利用。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)以下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種具有SPR響應(yīng)的磁性光催化劑，由以下制備方法得到：

(1)稱取FeCl₃·6H₂O溶于去離子水中，在攪拌狀態(tài)下加入質(zhì)量濃度為25～28％的NH₃·H₂O至pH為9～9.5，并轉(zhuǎn)移至微波爐中加熱5～8min，得到黑色沉淀；以強(qiáng)磁鐵分離沉淀后，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌數(shù)次，置于真空干燥箱中60～80℃干燥4～6h，即可得到納米Fe₃O₄；

(2)將步驟(1)得到的納米Fe₃O₄快速超聲分散于去離子水中，將AgNO₃與Na₂HPO₄按摩爾比為3:1的比例先后加入上述分散液中，繼續(xù)超聲30～50min至反應(yīng)結(jié)束；其中Ag₃PO₄與Fe₃O₄的摩爾比為1:2～2:1；以強(qiáng)磁鐵分離反應(yīng)液中的沉淀后，用去離子水和無(wú)水乙醇洗滌數(shù)次，置于真空干燥箱中60～80℃干燥4～6h，所得固體粉末即為Ag₃PO₄/Fe₃O₄復(fù)合催化劑；