本發(fā)明涉及一種四氧化三鐵/碘氧化鉍/溴化銀磁性復(fù)合可見光催化劑及其制備，利用半導(dǎo)體可見光催化劑催化降解水中的有機(jī)物，屬于光催化技術(shù)材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
能源危機(jī)和全球污染是人類未來發(fā)展中遇到的巨大挑戰(zhàn)，光催化技術(shù)以其直接利用太陽光來解決水體污染的優(yōu)勢(shì)，使其在保護(hù)環(huán)境和能源利用方面被廣泛的研究。光催化技術(shù)是在20世紀(jì)70年代誕生的新興環(huán)保技術(shù)。二氧化鈦?zhàn)鳛橐环N傳統(tǒng)的光催化劑，因其氧化能力強(qiáng)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無毒，利用氧化物半導(dǎo)體材料在光照下表面能受激活化，分解水中的有機(jī)污染物，曾經(jīng)成為世界上最熱門的光催化材料。但是二氧化鈦的禁帶寬度大，只能利用紫外光進(jìn)行激發(fā)，而太陽光中紫外光只占很少的一部分，大大降低了太陽能的利用率。它的帶隙寬度決定了其難以在可見光條件下實(shí)現(xiàn)光催化，且它的光催化活性并不理想，迫使我們將研究對(duì)象轉(zhuǎn)移到可見光能激發(fā)的、易回收、可循環(huán)利用的光催化劑上。
鉍系列化合物因其具有適當(dāng)大小的禁帶寬度和特殊的層狀結(jié)構(gòu)而引人注目。作為半導(dǎo)體光催化劑，鹵氧化鉍能夠?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)化為化學(xué)能，將水中的有機(jī)污染物降解為水和二氧化碳。其中碘氧化鉍帶隙最小，對(duì)可見光吸收最強(qiáng)，極大的提高了太陽能利用率，進(jìn)而提高了有機(jī)污染物的降解速率和效率，因此碘氧化鉍光催化劑在環(huán)境保護(hù)方面有著巨大的應(yīng)用潛力。
銀基化合物的光催化劑具有新型高效，禁帶寬度小，可見光響應(yīng)范圍大，催化活性高等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。其中溴化銀因其不溶于水，穩(wěn)定性高，催化活性高的優(yōu)點(diǎn)作為研究對(duì)象。復(fù)合半導(dǎo)體可見光催化劑溴化銀/碘氧化鉍，利用帶隙寬度不同但又相近的兩種半導(dǎo)體促使光生載流子的輸送和分離，進(jìn)而有效的提高可見光催化劑的光催化特性。半導(dǎo)體的復(fù)合可提高系統(tǒng)電荷分離率，拓寬其光譜響應(yīng)范圍，大幅度提高太陽能的利用率和催化劑的穩(wěn)定性，表現(xiàn)出較高的光催化活性。
四氧化三鐵是一種優(yōu)良的軟磁材料，具有廉價(jià)無毒，易制備，磁性好等特點(diǎn)，常用作光催化劑的載體，和光催化劑復(fù)合使其能夠很好的回收利用。在所制備的復(fù)合可見光催化劑中，四氧化三鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2-5％時(shí)，5％的磁性分離效果最好。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明主要用于降解水中有機(jī)污染物，制備四氧化三鐵/碘氧化鉍/溴化銀磁性復(fù)合光催化劑的步驟如下：
1.制備磁性良好的四氧化三鐵：
將0.625g六水合三氯化鐵，3.0g醋酸鈉溶于30mL乙二醇和10mL油酸的混合溶液中，水浴加熱，恒溫?cái)嚢?0min至固體完全溶解，然后將混合溶液轉(zhuǎn)移至水熱釜中反應(yīng)得到四氧化三鐵。
2.四氧化三鐵/碘氧化鉍磁性復(fù)合可見光催化劑的合成
將一定量的四氧化三鐵和0.4851g五水合硝酸鉍溶于10ml乙二醇中，形成溶液A，0.1660g的碘化鉀溶于15ml水中形成溶液B，將溶液B緩慢的逐滴滴入溶液A中，調(diào)節(jié)pH為11，攪拌30min，然后將混合溶液轉(zhuǎn)入水熱釜中反應(yīng)得到四氧化三鐵/碘氧化鉍磁性復(fù)合可見光催化劑。
3.四氧化三鐵/碘氧化鉍/溴化銀磁性復(fù)合可見光催化劑的合成
將適量的四氧化三鐵/碘氧化鉍和0.2380g溴化鉀溶于45ml水，超聲分散10min，攪拌，得到溶液C，0.3397g硝酸銀完全溶于15mL水中得到溶液D，將溶液D緩慢地逐滴滴入到溶液C中，攪拌10min轉(zhuǎn)入100mL水熱釜中反應(yīng)得到四氧化三鐵/碘氧化鉍/溴化銀磁性復(fù)合可見光催化劑。
本發(fā)明合成了一種可見光響應(yīng)的四氧化三鐵/碘氧化鉍/溴化銀磁性復(fù)合可見光催化劑，該制備方法簡(jiǎn)單易行、易回收、可循環(huán)利用，且具有良好的可見光催化活性。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明三步合成磁性復(fù)合可見光催化劑，反應(yīng)條件溫和、簡(jiǎn)便易行、催化劑易回收、利于將來批量的工業(yè)生產(chǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。所合成的四氧化三鐵/碘氧化鉍/溴化銀磁性復(fù)合可見光催化劑表現(xiàn)出良好的光催化活性，提高了太陽能利用率；還具有良好的磁性易于循環(huán)利用、分離回收，其中四氧化三鐵的含量為5％時(shí)可分離效果較好，見附圖1所示，圖1為磁鐵處理前后效果對(duì)比。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1.(1)制備磁性四氧化三鐵：
0.6250g六水合三氯化鐵，3.0g醋酸鈉溶于30mL乙二醇和10mL油酸的混合溶液，水浴加熱，恒溫?cái)嚢?0min至固體完全溶解，轉(zhuǎn)移至水熱釜中200℃反應(yīng)20h得到磁性四氧化三鐵。
(2)四氧化三鐵/碘氧化鉍磁性復(fù)合可見光催化劑的合成
0.0364g四氧化三鐵和0.4851g五水合硝酸鉍溶于10ml乙二醇中，形成溶液A，0.1660g的碘化鉀溶于15ml水中形成溶液B，將溶液B緩慢的逐滴滴入溶液A中，調(diào)節(jié)pH為11，攪拌30min轉(zhuǎn)入水熱釜中，反應(yīng)溫度140℃反應(yīng)24h得到四氧化三鐵/碘氧化鉍磁性復(fù)合可見光催化劑。四氧化三鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％。
(3)四氧化三鐵/碘氧化鉍/溴化銀磁性復(fù)合可見光催化劑的合成
0.3883g四氧化三鐵/碘氧化鉍和0.2380g溴化鉀溶于45ml水，超聲分散10min，攪拌，得到溶液C，0.3397g硝酸銀完全溶于15mL水中得到溶液D，將溶液D緩慢地逐滴滴入到溶液C中，攪拌10min轉(zhuǎn)入100mL水熱釜中180℃反應(yīng)12h得到四氧化三鐵/碘氧化鉍/溴化銀復(fù)合可見光催化劑。碘氧化鉍與溴化銀的摩爾比為1∶2。
(4)在自然光照射下降解甲基橙廢水1h，降解率為98％。
實(shí)施例2.(1)制備磁性四氧化三鐵：
0.6250g六水合三氯化鐵，3.0g醋酸鈉溶于30mL乙二醇和10mL油酸的混合溶液，水浴加熱，恒溫?cái)嚢?0min至固體完全溶解，轉(zhuǎn)移至水熱釜中200℃反應(yīng)20h得到磁性四氧化三鐵。
(2)四氧化三鐵/碘氧化鉍磁性復(fù)合可見光催化劑的合成
0.0146g四氧化三鐵和0.4851g五水合硝酸鉍溶于10ml乙二醇中，形成溶液A，0.1660g的碘化鉀溶于15ml水中形成溶液B，將溶液B緩慢的逐滴滴入溶液A中，調(diào)節(jié)pH為11，攪拌30min轉(zhuǎn)入水熱釜中，反應(yīng)溫度140℃反應(yīng)24h得到四氧化三鐵和碘氧化鉍復(fù)合光催化劑。四氧化三鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)2％。
(3)四氧化三鐵/碘氧化鉍/溴化銀磁性復(fù)合可見光催化劑的合成
0.3665g四氧化三鐵/碘氧化鉍和0.2380g溴化鉀溶于45ml水，超聲分散10min，攪拌，得到溶液C，0.3397g硝酸銀完全溶于15mL水中得到溶液D，將溶液D緩慢地逐滴滴入到溶液C中，攪拌10min轉(zhuǎn)入100mL水熱釜中180℃反應(yīng)12h得到四氧化三鐵/碘氧化鉍/溴化銀復(fù)合可見光催化劑。碘氧化鉍與溴化銀的摩爾比為1∶2。
(4)在自然光照射下降解甲基橙廢水1h，降解率為92％。
實(shí)施例3.(1)制備磁性良好的四氧化三鐵：
0.6250g六水合三氯化鐵，3.0g醋酸鈉溶于30mL乙二醇和10mL油酸的混合溶液，水浴加熱，恒溫?cái)嚢?0min至固體完全溶解，轉(zhuǎn)移至水熱釜中200℃反應(yīng)20h得到磁性四氧化三鐵。
(2)四氧化三鐵/碘氧化鉍磁性復(fù)合可見光催化劑的合成
0.0405g四氧化三鐵和0.7673g五水合硝酸鉍溶于20ml乙二醇中，形成溶液A，0.2490g的碘化鉀溶于30ml水中形成溶液B，將溶液B緩慢的逐滴滴入溶液A中，調(diào)節(jié)PH為11，攪拌30min轉(zhuǎn)入水熱釜中，反應(yīng)溫度140℃反應(yīng)24h得到四氧化三鐵和碘氧化鉍復(fù)合光催化劑。四氧化三鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％。
(3)四氧化三鐵/碘氧化鉍/溴化銀磁性復(fù)合可見光催化劑的合成
0.5683g四氧化三鐵/碘氧化鉍和0.1578g溴化鉀溶于45ml水，超聲分散10min，攪拌，得到溶液C，0.5096g硝酸銀完全溶于15mL水中得到溶液D，將溶液D緩慢地逐滴滴入到溶液C中，攪拌10min轉(zhuǎn)入100mL水熱釜中180℃反應(yīng)12h得到四氧化三鐵/碘氧化鉍/溴化銀復(fù)合可見光催化劑。碘氧化鉍與溴化銀的摩爾比為1∶1。
(4)在自然光照射下降解甲基橙廢水1h，降解率88％。
實(shí)施例4.(1)制備磁性良好的四氧化三鐵：
0.6250g六水合三氯化鐵，3.0g醋酸鈉溶于30mL乙二醇和10mL油酸的混合溶液，水浴加熱，恒溫?cái)嚢?0min至固體完全溶解，轉(zhuǎn)移至水熱釜中200℃反應(yīng)20h得到磁性四氧化三鐵。
(2)四氧化三鐵/碘氧化鉍磁性復(fù)合可見光催化劑的合成
0.0446g四氧化三鐵和0.9702g五水合硝酸鉍溶于10ml乙二醇中，形成溶液A，0.3320g的碘化鉀溶于15ml水中形成溶液B，將溶液B緩慢的逐滴滴入溶液A中，調(diào)節(jié)pH為11，攪拌30min轉(zhuǎn)入水熱釜中，反應(yīng)溫度140℃反應(yīng)24h得到四氧化三鐵和碘氧化鉍復(fù)合光催化劑。四氧化三鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％。
(3)四氧化三鐵/碘氧化鉍/溴化銀磁性復(fù)合可見光催化劑的合成
0.7504g四氧化三鐵/碘氧化鉍和0.1190g溴化鉀溶于45ml水，超聲分散10min，攪拌，得到溶液C，0.1699g硝酸銀完全溶于15mL水中得到溶液D，將溶液D緩慢地逐滴滴入到溶液C中，攪拌10min轉(zhuǎn)入100mL水熱釜中180℃反應(yīng)12h得到四氧化三鐵/碘氧化鉍/溴化銀復(fù)合可見光催化劑。碘氧化鉍與溴化銀的摩爾比為2∶1。
(4)在自然光照射下降解甲基橙廢水1h，降解率76％。
活性測(cè)試
本發(fā)明催化降解的對(duì)象是甲基橙。
甲基橙：偶氮類有機(jī)染料，橙紅色，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定簡(jiǎn)單，在可見光區(qū)吸收直觀，光照下分解速率慢，測(cè)試更加方便直接，一般用此模擬偶氮類印染廢水。以甲基橙催化降解對(duì)象，是一種從復(fù)雜事物中，抽象出簡(jiǎn)單模型的做法，具有很強(qiáng)的代表性。
先配制濃度為20mg/L的甲基橙50mL，測(cè)量其濃度C，加入0.0500g催化劑暗處理30min，使其達(dá)到吸附-脫附平衡，再次測(cè)量其濃度并作為初始濃度C0，在太陽光下照射下催化降解，每隔五分鐘測(cè)一次濃度Cx，30min后結(jié)束，計(jì)算降解率D。D＝(C0-Cx)/C。