[發明專利]一種可磁分離的復合光催化劑BiOBr/CoFe2

有效

• 申請號: 202011376967.1
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112588306B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 李曉微;畢崇耀;周晉;禚淑萍
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: B01J27/128
• 分類號: B01J27/128;B01J37/10;B82Y30/00;B82Y40/00;C02F1/30;C02F101/30;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 趙曉丹

本發明公開了一種可磁分離的復合光催化劑，所述復合光催化劑的結構包括BiOBr納米片，以及負載于所述BiOBr納米片上粒徑大小均一的CoFe₂O₄納米粒子，二者之間的緊密結合增強了對可見光的響應，加快了光生電子的傳輸速率，抑制了電子?空穴對的復合，從而賦予了光催化劑很高的催化活性和很好的穩定性，短時間內幾乎可以使羅丹明B染料完全降解。本發明還公開了該復合光催化劑的制備方法，其反應條件溫和，制備過程簡單，生產成本低廉且以水為溶劑對環境友好，符合當代社會發展對生態環境的需求，有利于環境和能源的可持續發展。本發明所述的復合光催化劑在工業印染廢水的處理方面具有很強的實用性和廣闊的應用前景，可實現工業化大規模應用。

技術領域

本發明涉及光催化技術領域。更具體地，涉及一種可磁分離的復合光催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

近年來，由于能源短缺和環境污染問題日益突出，因此，人們一直致力于開發新的清潔可再生替代能源，其中半導體光催化作為一種新型的“綠色技術”，因其具有操作簡單、反應條件溫和、能耗低以及二次污染少等優點，在環境治理方面備受青睞，更為重要的是，該技術可直接利用太陽能將環境中的污染物降解為無害的物質進而解決當前人類所面臨的能源短缺和環境污染兩大難題。然而，要實現這個過程關鍵在于尋找和設計新型高效的半導體光催化劑。

在眾多的半導體光催化劑中，BiOBr因其具有獨特的性質而被廣泛關注，但是，傳統的BiOBr光催化劑通常存在量子效率低、禁帶寬度與太陽光譜失配、光生載流子易復合以及催化劑回收困難等問題，致使其實際應用受限，由此，對BiOBr進行修飾或改性是獲得高可見光活性光催化劑的重要方法。CoFe₂O₄作為一種尖晶石型鐵氧體材料，兼具磁性和光催化活性，將其與能帶匹配的半導體光催化劑復合不僅能夠獲得高活性的光催化劑，而且實現了光催化劑的磁分離。到目前為止，關于復合光催化材料BiOBr/CoFe₂O₄的報道極少。

發明內容

基于以上事實，本發明的第一個目的在于提供一種可磁分離的復合光催化劑BiOBr/CoFe₂O₄，該復合光催化劑在羅丹明B的光降解反應中具有很高的催化活性、很好的穩定性以及可磁分離性。

本發明的第二個目的在于提供一種可磁分離的復合光催化劑的制備方法。

本發明的第三個目的在于提供一種可磁分離的復合光催化劑的應用。

為達到上述第一個目的，本發明采用如下技術方案：

一種可磁分離的復合光催化劑，所述復合光催化劑的結構包括BiOBr納米片，以及負載于所述BiOBr納米片上粒徑大小均一的CoFe₂O₄納米粒子。

該技術方案中，通過CoFe₂O₄納米粒子對BiOBr納米片表面進行修飾進而改變了光催化劑的禁帶寬度，增強了對可見光的響應，促進了光生電子和空穴的分離，從而使得光催化性能得以改善。與BiOBr和CoFe₂O₄單體相比，該特定形貌的復合材料BiOBr/CoFe₂O₄作為光催化劑對羅丹明B的降解率有了很大的提升，在可見光作用下短時間內幾乎可以使羅丹明B完全降解。此外，復合光催化劑BiOBr/CoFe₂O₄還具有很好的穩定性和很高的磁響應性，在外加磁場的作用下可方便地將光催化劑從反應體系中快速分離出來以備重復使用，重復使用6次后活性依然很高，對羅丹明B的降解率仍可達到91％以上。

進一步地，所述復合光催化劑中，CoFe₂O₄納米粒子的質量百分含量為5-15％。此范圍內，粒徑大小均一的CoFe₂O₄納米粒子可均勻并緊密地負載于BiOBr納米片上。