[发明专利]可磁分离的光催化剂纳米Eu3+-CoFe2O4粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有易回收的光催化作用纳米磁性材料的制备，在太阳光下催化效率高，适合各种有机污染物的降解，尤其适用于芳环类有机物甲基橙领域。

背景技术

光催化氧化有机物使其分解为小分子物质,从而去除其对环境的污染,是最近几十年来比较热门的研究课题。孙东峰化学共沉淀法制备铁酸钴纳米粒子，用硫酸氧钛水解法在铁酸钴粒子表面包覆二氧化钛，制得顺磁性易于固液分离的二氧化钛/铁酸钴复合光催化材料，并运用X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)和振动样品磁强计(VSM)技术进行了表征，以甲基橙为模拟污染物研究其光催化活性，结果表明该材料具有较高的光催化活性同时有很好的重复使用性能。Rucha Desai用水热共沉淀法制备了居里温度和饱和磁化强度可调的Mn_0.5Zn_0.5Fe₂O₄铁磁性纳米颗粒，热重分析显示居里温度会随着粒径大小增加而增大。吴光辉等人当甲基橙的pH值为4时,降解率可达90%左右,而pH值小于4时,降解率接近60%,pH值大于4时,降解率在45%左右,因此,UV/H₂O₂/草酸铁络合物法光催化降解甲基橙的最佳酸度为pH=4。

溶胶-凝胶法具有操作简便,制备的物质纯度高,均匀性好等优点,而受到广泛重视。但是光催化领域中仍然存在许多问题:1.大部分光催化剂量子效率低,光生电子和空穴复合速率很高,导致光催化效率降低;2.催化剂的能带间隙大,使得其只能在紫外光下才能产生光催化活性,限制了其应用大部分的光催化反应为多相反应,催化剂的回收比较复杂。探索一种便于分离的,催化活性高的可见光光催化剂成为了研究的热点。

发明内容

本发明目的是克服光催化剂TiO₂难回收、一般铁氧体磁性弱、制备纳米材料纯度不高的缺点，本发明采用以丙二醇为溶剂和络合剂的溶胶-凝胶法,制备了Eu³⁺-CoFe₂O₄纳米微粒催化剂,由于禁带宽度小、光化学稳定性高、低消耗,在太阳能光下将其用于催化甲基橙降解，降解率接近99.51%，该催化剂很容易被回收。此外，这些纳米颗粒处理水后，可以再利用磁铁收集有效地避免了二次污染。

本发明采用Eu³⁺-CoFe₂O₄—H₂O₂—_pH4系统，用溶胶-凝胶法制备了Eu³⁺-CoFe₂O₄超细微粒催化剂,用TEM、XRD等手段进行了表征，SQUID VSM磁性测量系统的分析表明：掺杂铕增加，样品的饱和磁化强度显著增加。得到平均粒径为30nm左右、分散均匀的超细粒子,先在600℃下焙烧2h,再在800℃烘烤2h后，研磨即得Eu³⁺-CoFe₂O₄纳米粉体。然后进行光催化降解实验，测定甲基橙溶液随不同时间光照的吸光度确定降解率。

本发明通过以下技术方案得以实现：

1.溶胶-凝胶法制备CoFe₂O₄纳米颗粒

将n Co(NO₃)₂·6H₂O：n Fe(NO₃)₃·9H₂O：n Eu(NO₃)₃·6H₂O=1:2:0.05的比例溶解在一定量的丙二醇，均在80℃下搅拌蒸发至形成棕色透明溶胶,并在110℃下干燥24h得干凝胶，将干凝胶取出放入刚玉坩埚研磨后，在马夫炉600℃烘烤2h，将产物研细后再在800℃烘烤2h，随炉冷却，将制备好的产品装入标示好的样品袋中。

本发明中，丙二醇起到做配位剂和溶剂的作用，能够防止纳米粒子团聚。