[发明专利]一种纳米CoFe

说明书

本发明涉及一种纳米CoFe₂O₄/碳纤维毡复合材料及其制备方法和应用，该材料由碳纤维毡和磁性纳米材料CoFe₂O₄组成，纳米CoFe₂O₄均匀附着在碳纤维毡上。制备方法包括将氯化铁和氯化钴溶解在乙二醇中，加入无水乙酸钠搅拌；取碳纤维毡加入到溶液中，真空放置后进行水热反应；用去离子水泡至中性，烘干。本发明方法简单，对环境友好，合成的复合材料由于使用碳纤维毡作为载体，具有较大的比表面积，增加了材料本身对污染物的吸附能力，进而提高了复合材料对废水中污染物的吸附催化降解能力。并且CoFe₂O₄的负载使得碳纤维毡具备一定的磁性，在磁场的作用下，易于回收，在吸附‑催化水体污染物的领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及高分子材料领域、无机非金属材料领域、水体污染物降解领域，具体为一种纳米CoFe₂O₄/碳纤维毡复合材料的其制备方法及其应用。

背景技术

近年来环境污染加强，对生态平衡、人类健康和社会经济可持续发展构成了严重威胁，环境净化受到全世界的广泛重视。在众多污染中，水体污染由于污染范围广，危害程度大以及难以治理而成为环境净化的重点。事实上，人们生产生活中的各个领域，如化工生产，医疗制药，纺织生产，农药灌溉，生活污水排放等，都会产生大量的废水。排放出的废水不经过处理便会对自然环境产生较大的危害，并且未经处理随意排放的废水流入江河湖海之后，更会对人类的生活以及健康造成较大的危害。目前，针对这类污染使用的处理方法有吸附，生物处理，化学处理，催化氧化，相转移和光催化降解等方法。其中吸附、催化氧化与生物处理相结合是较常用的方法之一。通过吸附能够快速去除污染物，但容易达到饱和吸附而失活，同时通过脱附再生吸附剂可能造成二次污染。催化氧化与生物处理相结合的技术在处理水体污染上虽有较好的效果，但是费时费力，投资较大。而光催化技术是一种环境友好的绿色技术。在光的激发下半导体材料产生氧化性很强的活性物种，这些物种可与大多数有机污染物分子发生氧化还原反应,使之彻底矿化为二氧化碳、水、矿物酸或盐等。与传统污染物治理方法相比，光催化技术具有(1)除净度高，无二次污染；(2)不需要在反应中引入其它化学物种；(3)可利用廉价的太阳能对有机物进行降解。

陈宝梁等人发明公开了一种负载铁酸钴石墨烯气凝胶催化剂，用来高效降解去除酚类、染料和抗生素等多类型污染物。李丽华等人发明公开了一种活化过硫酸盐深度处理焦化废水的CoFe₂O₄/氮掺杂污泥基活性炭催化剂处理废水，并在磁场作用下解决了焦化厂污泥处置的问题。铁酸盐材料被认为是众多催化剂中一种比较有效的半导体，具有磁性和光催化活性。这种材料可以在紫外或者可见光下产生电子和空穴，与有机物发生氧化还原反应，将一些有机物分解为水、二氧化碳等无机物，不再引入其他杂质；同时具有磁性，可以利用外界磁场的作用将催化剂与溶剂分离，实现回收再利用。CoFe₂O₄纳米粒子近年来备受科研工作者的关注，具有半径较小、化学稳定性高、硬度大等优点。作为一种磁性材料，CoFe₂O₄可直接用作可磁分离的光催化剂。然而现有CoFe₂O₄材料本身的结构与特性制约着它的大规模商业生产。主要问题表现在：第一，禁带太宽，仅能吸收利用紫外光，太阳能的利用率太低；第二，光生电子-空穴复合率较高，光生激子的有效利用率低，同时反应速率慢，难以快速降解水体污染物。由于材料的性能不但与它的组成和晶体结构有关，与材料的粒度、形貌以及结构都有密切的关联。当CoFe₂O₄的颗粒粒径减小至纳米级别时，材料本身的性质在很大程度上会得到提升。半导体颗粒粒径减小到纳米尺寸范围时，材料本身的光催化活性会得到较大的改善。