本發(fā)明涉及納米催化劑技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種Au/Fe₃O₄納米負(fù)載催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

Au/Fe₃O₄納米材料由于其結(jié)合了Au納米粒子和Fe₃O₄磁性納米粒子兩方面突出優(yōu)勢，特別是作為一種易于分離、高轉(zhuǎn)化率、穩(wěn)定性和可回收性，近年來廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)藥及化學(xué)領(lǐng)域，如催化劑、藥物載體、蛋白質(zhì)分離、重金屬吸附等領(lǐng)域。其中Au納米微粒具有高表面能，將其負(fù)載在載體上可有效地阻止團(tuán)聚，提高催化劑的催化活性；磁性納米粒子具有比表面積大，良好的可修飾性及優(yōu)異的磁性能而被廣泛應(yīng)用于負(fù)載金屬催化劑。

早在八十年代后期，日本的Haruta M等人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將Au納米顆粒負(fù)載在Fe₂O₃和TiO₂等金屬氧化物表面時(shí)，Au納米顆粒表現(xiàn)出良好的抗水性和穩(wěn)定性，還對低溫狀態(tài)下CO氧化表現(xiàn)出很高的催化活性，從那時(shí)起，國內(nèi)外的研究人員開始開拓了相關(guān)納米金作為催化劑的領(lǐng)域，隨之的負(fù)載型金催化劑也就成為了催化領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。王曉暉等通過靜電紡絲法制備出含有Fe₃O₄納米微粒的TiO₂納米纖維,再采用浸漬還原法將Au納米微粒嵌入到TiO₂納米纖維上，制備出一種具有較強(qiáng)磁性(便于材料分離和重復(fù)利用)和良好可見光響應(yīng)能力的復(fù)合光催化材料?？梢?，Au/Fe₃O₄催化劑在催化領(lǐng)域?qū)l(fā)揮巨大作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種具有優(yōu)異催化性能的Au/Fe₃O₄催化劑的制備方法。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

本發(fā)明的Au/Fe₃O₄納米負(fù)載催化劑的載體為Fe₃O₄，活性組分是貴金屬Au，其平均粒徑為40納米，催化劑中Au的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5％～1.0％。

本發(fā)明的Au/Fe₃O₄納米負(fù)載催化劑的制備方法的具體步驟如下：

(1)Fe₃O₄的制備

稱取量FeCl₃·6H₂O、聚乙烯吡咯烷酮和尿素置于容器中，與1，2-丙二醇混合，磁力攪拌或超聲共振，5min后將溶液加至高壓反應(yīng)釜中，置于電熱恒壓干燥箱內(nèi)，在180～200℃反應(yīng)10～20h，將反應(yīng)后的溶液轉(zhuǎn)移至潔凈的玻璃容器中，用磁鐵從容器外吸附產(chǎn)物，將其進(jìn)行分離，倒出上層廢液，用無水乙醇多次磁性洗滌直至洗凈，自然風(fēng)干后刮下，密封保存于陰暗處，即制得的Fe₃O₄納米催化劑；

(2)Au溶膠的制備

準(zhǔn)確量取氯金酸溶液，將穩(wěn)定劑和還原劑倒入容器中混勻，制得金納米溶膠；

(3)Au/Fe₃O₄納米催化劑的制備

向步驟(2)中加入步驟(1)制得的Fe₃O₄納米催化劑，置于超聲震蕩反應(yīng)30min，待Au完全負(fù)載于納米Fe₃O₄后，靜置，用小磁鐵吸附容器底部，倒出上層廢液，無水乙醇進(jìn)行磁性清洗數(shù)次直至上層廢液透明，干燥，制得Au/Fe₃O₄催化劑。

步驟(1)中，F(xiàn)eCl₃·6H₂O、聚乙烯吡咯烷酮、尿素的摩爾比是1：2：2，溶劑為1，2-丙二醇。

步驟(2)中，所述的還原劑是硼氫化鈉、硼氫化鉀或硼氫化鋰，優(yōu)選是硼氫化鈉。

步驟(2)中，所述的穩(wěn)定劑為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或聚乙烯醇，優(yōu)選是聚乙烯吡咯烷酮。

步驟(2)中，所述的氯金酸溶液，穩(wěn)定劑(摩爾質(zhì)量按聚合物的重復(fù)單元計(jì))和還原劑的摩爾比是1:5:5。

步驟(3)中，金溶膠占Fe₃O₄納米催化劑的質(zhì)量百分比是0.6％～1.1％。

本發(fā)明的Au/Fe₃O₄納米負(fù)載催化劑可以用于光催化領(lǐng)域。

本發(fā)明的Au/Fe₃O₄納米負(fù)載催化劑可以用于染料或農(nóng)藥殘留物降解方面。

本發(fā)明的積極效果如下：

光催化方面上，本發(fā)明的Au/Fe₃O₄納米負(fù)載催化劑相較于單一的Fe₃O₄的降解，具有降解效果好和易于回收的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1制備的Au/Fe₃O₄的透射電鏡照片；

圖2是實(shí)施例1制備的Au/Fe₃O₄的XRD圖；

圖3是實(shí)施例1制備的Au/Fe₃O₄的磁滯回線圖。

具體實(shí)施方式

下面的實(shí)施例是對本發(fā)明的進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

(1)Fe₃O₄的制備

準(zhǔn)確稱取0.8mmol FeCl₃·6H₂O、0.1677g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和1.68mmol尿素置于潔凈的小燒杯中，再加入8mL的1，2-丙二醇混合，放入攪拌子，在磁力攪拌器上攪拌，可用超聲共振幾分鐘，直至得到透明溶液。接著將透明溶液倒入高壓反應(yīng)釜中內(nèi)并旋緊反應(yīng)釜確保沒有漏氣，放入電熱恒壓干燥箱內(nèi)，當(dāng)升溫至195℃開始計(jì)時(shí)，反應(yīng)16h。反應(yīng)結(jié)束后，取出反應(yīng)釜，將其內(nèi)的溶液轉(zhuǎn)移至潔凈的小反應(yīng)瓶中，利用Fe₃O₄納米微球產(chǎn)物的磁性，所以可以用一塊磁鐵從燒杯外吸附產(chǎn)物，將其進(jìn)行分離，倒出上層廢液，用無水乙醇多次磁性洗滌直至洗凈，將洗凈后的樣品倒入表面皿里面自然風(fēng)干后刮下放入干凈小瓶中密封保存于陰暗處，即使我們所制得的Fe₃O₄納米催化劑。

(2)金納米溶膠的制備

準(zhǔn)確量取3.75mL的8.5×10^-3mol/L的HAuCl₄，準(zhǔn)確稱取17.69mg PVP,6.03mg NaBH₄倒入小燒杯中混勻，制得金納米溶膠。

(3)Au/Fe₃O₄納米催化劑的制備

向(2)中加入8mg Fe₃O₄納米催化劑，將小燒杯置于超聲震蕩反應(yīng)5min，待不再有小氣泡產(chǎn)生即反應(yīng)完全，以確保Au完全負(fù)載在納米Fe₃O₄上，由于納米Au/Fe₃O₄有磁性，取出靜置于小磁鐵上，用小磁鐵吸附燒杯底部，倒出上層廢液，接著用無水乙醇進(jìn)行磁性清洗數(shù)次，直至上層廢液透明后倒出，燒杯底部的物質(zhì)就是所需要制得的Au/Fe₃O₄催化劑。

圖1是實(shí)施例1制備的Au/Fe₃O₄的透射電鏡照片；由透射電鏡圖知，催化劑呈微粒呈微球狀，其平均粒徑大小約在30～50nm左右。

圖2是實(shí)施例1制備的Au/Fe₃O₄的XRD圖；由XRD得知：Au在2θ為38.84°、43.38°、74.44°的衍射峰，說明Au/Fe₃O₄催化劑成功制備；其磁滯回線圖知，F(xiàn)e₃O₄、Au/Fe₃O₄和回收后的Au/Fe₃O₄的飽和磁化率分別為85.39emu·g^-1，44.91emu·g^-1和61.22emu·g^-1，從而可以看出Fe₃O₄的磁性在負(fù)載Au之后變?nèi)?，可能由于?fù)載Au之后Fe₃O₄的濃度變相降低從而導(dǎo)致磁性的變?nèi)酰欢竺婊厥盏腁u/Fe₃O₄的磁性又變強(qiáng)了，可能因?yàn)锳u的剝落導(dǎo)致磁性的增強(qiáng)。

圖3是實(shí)施例1制備的Au/Fe₃O₄的磁滯回線圖。經(jīng)實(shí)驗(yàn)得知30mg·g^-1的甲基橙(MO)在Au/Fe₃O₄作用下，太陽光照射30min后幾乎完全降解，循環(huán)6次，降解率維持在95％以上。另外，該催化劑對吡蟲啉(IMI)有一定的降解效果，單一的Au對IMI的降解幾乎沒有效果，雖然單一的Fe₃O₄對IMI有一定的降解效果，但沒有Au/Fe₃O₄降解效果明顯；實(shí)驗(yàn)知Au與PVP的摩爾比在1：5，C₀＝0.00005mol/L，Au/Fe₃O₄的量為0.7g/L時(shí)，高壓汞燈照射90min后的對吡蟲啉(IMI)降解率可達(dá)92％。

實(shí)施例2

(1)Fe₃O₄的制備

稱取量FeCl₃·6H₂O、聚乙烯吡咯烷酮和尿素置于容器中，與1，2-丙二醇混合，磁力攪拌或超聲共振，5min后將溶液加至高壓反應(yīng)釜中，置于電熱恒壓干燥箱內(nèi)，在180℃反應(yīng)20h，將反應(yīng)后的溶液轉(zhuǎn)移至潔凈的玻璃容器中，用磁鐵從容器外吸附產(chǎn)物，將其進(jìn)行分離，倒出上層廢液，用無水乙醇多次磁性洗滌直至洗凈，自然風(fēng)干后刮下，密封保存于陰暗處，即制得的Fe₃O₄納米催化劑；

(2)Au溶膠的制備

準(zhǔn)確量取氯金酸溶液，將穩(wěn)定劑和還原劑倒入容器中混勻，制得金納米溶膠；

(3)Au/Fe₃O₄納米催化劑的制備

向步驟(2)中加入步驟(1)制得的Fe₃O₄納米催化劑，置于超聲震蕩反應(yīng)30min，待Au完全負(fù)載于納米Fe₃O₄后，靜置，用小磁鐵吸附容器底部，倒出上層廢液，無水乙醇進(jìn)行磁性清洗數(shù)次直至上層廢液透明，干燥，制得Au/Fe₃O₄催化劑。

步驟(1)中，F(xiàn)eCl₃·6H₂O、聚乙烯吡咯烷酮、尿素的摩爾比是1：2：2，溶劑為1，2-丙二醇。

步驟(2)中，所述的還原劑是硼氫化鉀。

步驟(2)中，所述的穩(wěn)定劑為聚乙二醇。

步驟(2)中，所述的氯金酸溶液，將穩(wěn)定劑和還原劑的摩爾比是1:5:5。

步驟(3)中，金溶膠占Fe₃O₄納米催化劑的質(zhì)量百分比是0.6％～1.1％。

實(shí)施例3

(1)Fe₃O₄的制備

稱取量FeCl₃·6H₂O、聚乙烯吡咯烷酮和尿素置于容器中，與1，2-丙二醇混合，磁力攪拌或超聲共振，5min后將溶液加至高壓反應(yīng)釜中，置于電熱恒壓干燥箱內(nèi)，在200℃反應(yīng)10h，將反應(yīng)后的溶液轉(zhuǎn)移至潔凈的玻璃容器中，用磁鐵從容器外吸附產(chǎn)物，將其進(jìn)行分離，倒出上層廢液，用無水乙醇多次磁性洗滌直至洗凈，自然風(fēng)干后刮下，密封保存于陰暗處，即制得Fe₃O₄納米催化劑；

(2)Au溶膠的制備

準(zhǔn)確量取氯金酸溶液，將穩(wěn)定劑和還原劑倒入容器中混勻，制得金納米溶膠；

(3)Au/Fe₃O₄納米催化劑的制備

向步驟(2)中加入步驟(1)制得的Fe₃O₄納米催化劑，置于超聲震蕩反應(yīng)30min，待Au完全負(fù)載于納米Fe₃O₄后，靜置，用小磁鐵吸附容器底部，倒出上層廢液，無水乙醇進(jìn)行磁性清洗數(shù)次直至上層廢液透明，干燥，制得Au/Fe₃O₄催化劑。

步驟(1)中，F(xiàn)eCl₃·6H₂O、聚乙烯吡咯烷酮、尿素的摩爾比是1：2：2，溶劑為1，2-丙二醇。

步驟(2)中，所述的還原劑是硼氫化鋰。

步驟(2)中，所述的穩(wěn)定劑為聚乙烯醇。

步驟(2)中，所述的氯金酸溶液，將穩(wěn)定劑和還原劑的摩爾比是1:5:5。

步驟(3)中，金溶膠占Fe₃O₄納米催化劑的理論質(zhì)量百分比是0.6％～1.2％。

實(shí)施例2和3制備的催化劑與實(shí)施例1制備的催化劑具有相似的催化性能。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。