[发明专利]一种磁载二氧化钛光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于材料制备技术领域，特别是涉及一种磁载二氧化钛光催化剂及其制备方法。

背景技术：

近年来，半导体光催化氧化降解有机污染物已成为环境污染治理的一个热点，其中二氧化钛以其活性高、无毒、热稳定性好、持续时间长、价格低廉、无二次污染等优点，倍受人们重视。为了提高二氧化钛的光催化活性，通常利用催化剂的小尺寸效应，这就要求二氧化钛粒子必须是纳米级，这样就形成了催化剂的活性与催化剂易流失、分离回收难的矛盾，因而限制了它的工业化推广应用。一方面，催化剂要有足够小粒径，保证催化剂的活性；另一方面，催化剂与污染物反应后需解决分离回收问题。因此，催化剂的固定成了新的研究热点，但是对催化剂进行固定后，催化效率往往低于悬浮状态的催化剂，因而限制了光催化剂的实际应用。

有基于此，作出本发明。

发明内容：

本发明的第一方面是提供一种磁载二氧化钛光催化剂，其特征在于：所述催化剂以四氧化三铁球形粒子为载体，在四氧化三铁球形粒子的表面负载有二氧化钛。

所说的二氧化钛为六方晶型二氧化钛，包覆于四氧化三铁球形粒子的表面。

本发明的第二方面是提供一种磁载二氧化钛光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）、以六水合三氯化铁为铁源，无水乙酸钠和聚乙二醇200为添加剂，乙二醇为溶剂，常温常压下，磁力搅拌得到澄清溶液；将该澄清溶液密封置于反应釜中，并将该反应釜置于烘箱中，以5℃/min的加热速率升温至180 ℃，并在该温度下反应8 h（小时）；反应结束后，将反应得到的混合物进行离心分离，得到的黑色固体经无水乙醇洗涤干净后，在80℃的烘箱中烘干8 h，得四氧化三铁球形粒子；

（2）、将步骤（1）制备的四氧化三铁球形粒子置于圆底烧瓶中，加入无水乙醇，超声分散得黑色悬浊液；

（3）、在机械搅拌作用下，依次向步骤（2）制得的黑色悬浊液中加入十八烷基三甲基溴化铵和聚乙二醇200，充分混合后，将混合液在机械搅拌作用下升温至60～80℃，并在该温度下持续搅拌1～2 h；

（4）、向步骤（3）制得的混合溶液中缓慢加入稀硫酸，并调节溶液的pH值为3～4，再向其中缓慢滴加钛酸丁酯，滴加完毕后，持续搅拌2h，再加入蒸馏水，继续搅拌6～10h；反应结束后停止搅拌，自然冷却至室温后陈化12 h后过滤，产物依次用乙醇、蒸馏水洗涤，然后80℃下真空干燥12h，制得磁载二氧化钛光催化剂。

所述的步骤1中，所述的反应釜优选为聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜。

所述的步骤4中，稀硫酸是指1～2 mol·L^-1浓度的硫酸溶液。钛酸丁酯水解过程中的反应温度为60～80℃。

本发明的有益效果如下：

1、本发明的磁载二氧化钛光催化剂，以四氧化三铁球形粒子为载体，在四氧化三铁球形粒子的表面负载有二氧化钛，四氧化三铁球形粒子是一种磁性材料，可被磁铁吸附，把二氧化钛包覆在四氧化三铁表面，可以用外加永久磁铁的方法将其从废水中快速分离出来。

2、本发明采用溶剂热法合成尺寸可调的四氧化三铁磁核，再采用溶胶-凝胶法使其负载二氧化钛，从而制备磁载二氧化钛光催化剂。该合成方法简单、成本低、光催化活性高、催化降解速度快。

3、在制备过程中渗入的微量Fe³⁺能降低二氧化钛的禁带宽度，使吸收波长向可见光区迁移，提高光催化效率。因此，磁载二氧化钛光催化剂，不仅可利用磁分离技术方便迅捷地回收磁载光催化剂，使其既能保持良好的光催化剂活性，又能多次再生利用。

4、本发明的制备方法，使用的原料易得、工艺简单、无污染、产率高、催化剂易分离回收，能够高效、快速地催化降解工业和生活废水中的各种有机污染物。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明：

图1是本发明实施例一制备的四氧化三铁的扫描电子显微镜（SEM）照片（SEM，JEOL JSM-6360LV，加速电压为10 kV）。

图2 是本发明实施例一（a）和实施例二（b）制备的四氧化三铁的X射线衍射（XRD）图（XRD，Shimadzu X-6000，Cu Kα λ=0.15406 nm）。

图3是本发明实施例一（a）和实施例二（b）制备的磁载二氧化钛光催化剂的X射线衍射（XRD）图（XRD，Shimadzu X-6000，Cu Kα λ=0.15406 nm）。

图4是本发明实施例一制备的磁载二氧化钛光催化剂处理活性橙降解曲线。