[發明專利]一種鑭碘共摻雜光催化劑復合材料及制備方法

在審

• 申請號: 201711022797.5
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107999097A
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發明（設計）人: 邰玉蕾;晁國庫;林大杰;張偉祿;宮劍華
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: B01J27/135
• 分類號: B01J27/135;C02F1/30;C02F101/30
• 代理公司: 杭州千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 冷紅梅

本發明涉及一種磁性鑭碘共摻雜光催化劑復合材料及其制備方法，所述復合材料由如下方法制備得到：以四氧化三鐵納米粒子為磁核、以正硅酸乙酯為硅源采用溶膠?凝膠法在其表面包覆一層多孔活性硅層得到多孔磁性載體，然后利用鈦酸酯為鈦源、碘酸為原料，焙燒得到前驅體；再采用沉淀?浸漬法，以硝酸鑭為原料，制得鑭碘共摻雜的可見光催化的磁性多孔二氧化鈦復合微球，即所述磁性鑭碘共摻雜光催化劑復合材料。本發明利用分步法制備的鑭碘共摻雜光催化劑復合材料，可同時摻雜鑭碘和銳鈦型二氧化鈦，并附于磁性基體上，既可以提高材料的光響應能力又可以增強所得催化劑的循環回收的能力。

(一)技術領域

本發明涉及一種磁性鑭碘共摻雜光催化劑復合材料及其制備方法。

(二)背景技術

隨著全球水體污染問題日益嚴重，人們意識到保護水資源、治理水污染刻不容緩。但排入水中的污染物量大、成分復雜并易擴散，且不容易降解。常規的方法耗時耗力，收效甚微。而最近幾年，光催化劑因其在處理污水方面的高效能力引起了人們的關注。其中，半導體光催化劑TiO2作為一種應用前景廣闊的綠色環保的治理方法，不僅工藝簡單，而且治理效果明顯。備受研究者們的青睞。但通常單一的光催化劑TiO2有著不易回收，光利用率低等諸多缺點而復合型TiO2光催化劑，不僅能解決不易回收這一難題，還大大提高了光催化效率。

近年來，半導體粒子成為科學家們研究最為廣泛的光催化劑。這類物質可以在光照條件下，將那些難降解的污染物分解成水和二氧化碳等無機物。TiO2作為一種最為常見的半導體光催化劑，雖然有著催化效率高，無毒害，難酸堿性能好，成本低廉等多種優勢。但是它也存在不少的問題，例如較寬的禁帶寬度(3.2eV)，導致對太陽光的吸收利用率不高，僅能達到4％，并且回收較為困難，嚴重限制了其實際應用。因此，科學家們迫切的想開發出一種新型的光催化劑，能有效的改進上述缺點。在對TiO2修飾改性方面研究時，科學家們發現某些過渡金屬的摻雜，能有效的提高 TiO2的光催化活性。而若選用磁性基體負載光催化劑可以有效地提高其循環回收能力。

目前，因為TiO2光催化劑的制備方法主要有氣相法、溶膠凝膠法、水熱法、微乳液法、液相法以及模板法等等。其中應用最廣泛的就是液相法。另外，催化效率往往是決定一種催化劑好壞的一個重要標準。而影響因素可以分為外因和內因。外因主要分為環境溫度、溶液pH、光源強度、被降解的物質種類等；內因主要包括其內部的結構形態、帶隙寬度、產生電子和空穴的導帶和價帶的電勢等。TiO2在自然界中的三種不同的晶態中銳鈦礦型的TiO2具有更高的催化效率。其禁帶寬度為3.2e V比金紅石型(3.0e V)的寬，而更大的禁帶寬度擁有的氧化還原能力更強。另外，銳鈦礦晶粒具有較小的尺寸和較大的比表面積。尺寸越小，內部禁帶寬度越大，從而產生的空穴/電子對具有更強的氧化還原能力和更高的電荷遷移速率。

磁性基體目前應用價值最大的就是具有順磁性四氧化三鐵，其具有較高的磁場飽和強度，可調的尺寸和形貌，有效可行方便可靠的制備方法。若在其表面包覆一層具有活性羥基的生物相容性的二氧化硅包覆層，可應用在生物、醫學、催化劑、磁響應、磁成像等眾多領域。目前主要的制備方法有共沉淀法、溶膠凝膠法、水熱法等等。

綜上所述，若以二氧化硅包覆的四氧化三鐵為磁性基體，再輔以鑭碘共摻雜的二氧化鈦，結合四氧化三鐵的順磁性，二氧化硅的生物相容性和羥基活性基團，鑭碘共摻雜的二氧化鈦的寬的光響應性，有望制備具有良好的循環再生能力、易于循環回收、較寬的光響應能力、較好的光催化活性的新型磁性光催化活性劑，具有良好的工業應用前景。

(三)發明內容