[发明专利]一种磁性复合催化剂Ag/HNTs/Fe3O4的制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种磁性复合催化剂Ag/HNTs/Fe₃O₄的制备方法，属环境功能材料制备技术领域。

背景技术

硝基芳香化合物是有毒的和抗生物降解的有机污染物，广泛应用于生产炸药的原料和中间产物、制药、农药、颜料、染料、木材防腐剂、橡胶助剂等领域。其中，对硝基苯酚(4-NP)由于其高化学稳定性、溶于水、持久性、生物毒害性，是硝基芳香化合物中的重要一员。因此，4-NP已被美国国家环境保护局列为优先污染物。由于4-NP在水溶液中的高稳定性、高溶解性，以至于传统的净化方法很难将它们从地表水和地下水中移除。所以迫切需要找到一个有效的方法从环境中去除4-NP。

据报道银纳米粒子由于其独特的物理化学性质可以作为催化剂来降解4-NP。到目前为止，已经有很多方法合成不同形状的Ag纳米粒子，如化学还原法、微乳液法、水热法。然而，银纳米粒子容易聚合，可回收性和可复用性差。因此，很需要找到一种可以防止Ag纳米粒子团聚并且方便催化剂回收的方法。

最近，许多研究人员将二氧化钛、石墨烯、碳纳米管用作支架来解决团聚问题。然而，这些支架似乎过于昂贵且在实际应用中很费时。因此，寻找一种低成本和可用的支架是非常紧迫的，埃洛石纳米管(HNTs)是优先考虑做为催化剂的载体来解决Ag纳米粒子的团聚的问题，一方面HNTs[Al₂Si₂O₅(OH)₄·H₂O])是广泛存在于土壤和风化岩石中的天然硅酸盐纳米管，具有中空纳米管状结构且比表面积大，被视为碳纳米管的替代物；另一方面，HNTs在中国以及世界各地资源非常丰富。更重要的是，HNTs已被应用于许多领域，如用于吸附剂、催化剂载体、电子、生物系统和功能材料等等。基于这些优势，HNTs用作银催化剂粒子的支架防止团聚具有重要意义。

磁分离技术可以解决催化剂的回收问题。然而，如果Fe₃O₄纳米颗粒被直接用作贵金属的支架，磁性载体与空气接触会慢慢的氧化。因此，为了减缓或防止氧化，Fe₃O₄纳米颗粒沉积在HNTs的空腔内形成磁性纳米颗粒：HNTs/Fe₃O₄。基于HNTs，制备内腔有磁响应、外表面有银纳米粒子的复合催化剂具有较好的前景。

发明内容

本发明通过简单有效的化学还原法首先制备了四氧化三铁/埃洛石纳米管(HNTs/Fe₃O₄)磁性复合材料，接着用硝酸银溶液和氨水配置成新鲜的银氨溶液，作为氧化剂，用葡萄糖作为还原剂，通过银镜反应在磁性复合材料表面进行沉积Ag纳米粒子，制备磁性复合催化剂Ag/HNTs/Fe₃O₄，并将其用于催化降解水溶液中对硝基苯酚。

本发明采用的技术方案是：

（1）埃洛石纳米管(HNTs)活化：

块状埃洛石纳米管经研磨粉碎后，取粉碎的埃洛石纳米管置于浓硝酸和蒸馏水的混合溶液中75-80℃回流12-13 h，所得产物用二次蒸馏水洗至中性，在60℃下烘干至恒重；最后将干燥后的埃洛石纳米管置于煅烧炉内200-250℃煅烧2.0-2.5 h。

（2）磁性埃洛石纳米管复合材料(HNTs/Fe₃O₄)的制备

    将活化后的HNTs、九水硝酸铁和无水乙醇混合，超声分散60-65 min；然后混合物在60 ℃的水浴锅内蒸发至恒重；随后将产物在80-85℃丙酸蒸汽浸泡15-16 h，之后在氮气保护下，265-275 ℃煅烧2.0-2.5 h；最后，所得的产物HNTs/Fe₃O₄用无水乙醇和蒸馏水分别洗涤3次，在60℃下真空干燥至恒重。

（3）HNTs/Fe₃O₄表面沉积Ag纳米粒子复合材料(Ag/HNTs/Fe₃O₄)的制备