一種磁性納米光催化劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料領(lǐng)域，涉及的是一種高效可回收利用的磁性納米光催化劑的制備。
【背景技術(shù)】
[0002]T12主要應(yīng)用于光催化領(lǐng)域，由于其無毒，化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，光催化活性高，使T12被廣泛應(yīng)用于光催化領(lǐng)域，如光催化降解有機(jī)污染物。目前，T12的光催化性能研宄主要集中于納米結(jié)構(gòu)對(duì)有機(jī)物的降解。由于納米結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性，1102的光催化性能大大提高，但是由于納米T12顆粒吸收光范圍窄和難回收，使其利用效率低，目前引入磁性提高T12的重復(fù)利用率是最直接高效的一種方法，通過引入磁性Fe3O4和γ -Fe 203顆粒與T12結(jié)合形成不同的結(jié)構(gòu)，使得打02具有磁性，在外加磁場的作用下，磁吸出T12從而加以重復(fù)利用。但是單純的磁性納米材料在實(shí)際應(yīng)用中面臨在應(yīng)用環(huán)境中的穩(wěn)定性等問題限制了其長遠(yuǎn)發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在提供一種高效催化性能和可回收利用的磁性納米光催化劑，該磁性納米光催化劑具有較好的穩(wěn)定性和較高的降解效率。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種磁性納米光催化劑，經(jīng)以下步驟制備得到:
[0006]I)將粒徑在7nm-10nm之間的FeCoOC顆粒和氧化石墨稀加入無水乙醇中配制成懸浮液，控制懸浮液中FeC0OC顆粒的濃度為5-6mg顆粒/20ml無水乙醇，使FeC0OC顆粒附著在氧化石墨烯上；將T12溶解于無水乙醇中，充分混勻，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，每Img T12加入0.05-0.06ml的3-氨丙基三乙氧基硅烷，形成帶正電荷的T1 2溶液；
[0007]2)將所述懸池液與所述帶正電荷的T12溶液混合，控制FeCoOC顆粒、氧化石墨稀與T12的質(zhì)量比為2.5:2.5:17-20，充分混均，超聲混合30min以上，去除未組裝的氧化石墨稀和T12，清洗得到磁性納米光催化劑。
[0008]所述FeCoiC 顆粒的制備方法優(yōu)選為:將 0.1-0.3gFe (NO3) 3.9H20、0.1-0.3gCo(NO3)3.6Η20及l(fā)-2g S12*別溶于100ml-200ml甲醇中，充分混勻，干燥，對(duì)干燥后的粉末進(jìn)行研磨，再放于800°C -1000°C管式爐中通過H2的還原20-40min，然后以CH4作為碳源，控制4與CH 4以1:12-16的流量比反應(yīng)4-6min后關(guān)掉CH4，冷卻至室溫；通過氫氟酸去除S12后洗去氫氟酸，超聲離心得到FeCoOC顆粒。
[0009]所述T12優(yōu)選為銳鈦礦晶型的T1 2。
[0010]所述銳鈦礦晶型的T12的制備方法優(yōu)選為:將l-2ml鈦酸四異丙酯加入無水乙醇與水的混合溶液中，其中無水乙醇的體積為60-70ml，水的體積為4-6ml，攪拌后離心干燥，得T12粉末；再將T1 2粉末在300°C _600°C煅燒2.5-3.5h，得到有銳鈦礦晶型的T1 2。
[0011]所述氧化石墨烯優(yōu)選為片狀。
[0012]下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步解釋和說明
[0013]本發(fā)明中相關(guān)簡稱介紹:氧化石墨烯簡稱GO ;鈦酸四異丙酯簡稱TTIP ;3_氨丙基三乙氧基硅烷簡稱APTES ;本發(fā)明所制備的磁性納米光催化劑簡稱GFC-T12顆粒。
[0014]本發(fā)明FeCoOC中外層包覆的石墨烯以保護(hù)者的身份體現(xiàn)在我們的材料中，同時(shí)易與氧化石墨稀形成JT-JT鍵堆積而穩(wěn)定結(jié)合。而帶一定量的APTES的T12易與氧化石墨烯的含氧基團(tuán)結(jié)合從而使T12穩(wěn)定的負(fù)載在氧化石墨二維面上。APTES的量不能太多，太多會(huì)使打02的催化性能大大降低，APTES量太少會(huì)使T12帶電少，不易與氧化石墨烯結(jié)合。磁性納米囊FeCoOC和T12納米顆粒和氧化石墨稀自組裝形成一種復(fù)合催化材料，其中三者的比例需控制在合適的范圍內(nèi)，這樣才能制備出性能優(yōu)異的催化材料。這種復(fù)合材料能利用T12高效光催化降解性能，氧化石墨烯的快速導(dǎo)電性、高的比表面積和強(qiáng)的吸附性能，磁性納米顆粒FeC0OC的強(qiáng)回收能力和耐腐蝕性。因此，此復(fù)合材料既可在一般環(huán)境下多次循環(huán)降解有機(jī)污染物，又能在復(fù)雜環(huán)境下多次循環(huán)降解有機(jī)污染物，且材料性能基本無變化。
[0015]由于以氧化石墨烯作為基底，既增強(qiáng)了材料的吸附性能，同時(shí)加快了 T12光照下電子空穴的分離。同時(shí)由于FeC0OC在復(fù)雜環(huán)境下的抗腐蝕性，使得GFC-T12可以在酸性條件下對(duì)污染物進(jìn)行多次的降解和回收，該光催化劑在中性和強(qiáng)酸性條件下對(duì)不同染料的循環(huán)降解都顯示了良好的穩(wěn)定性和高的降解效率，而且對(duì)甲基橙循環(huán)降解10次后依然能大部分被磁吸回收，顯示了優(yōu)異的循環(huán)回收性。通過將催化劑對(duì)溶解于不同水樣中模擬污染物的降解，測(cè)試模擬污染物在實(shí)際水樣中的清除情況，結(jié)果都顯示循環(huán)降解率在90%以上，進(jìn)一步說明此催化劑可直接被用于處理實(shí)際生活污水。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于:
[0017]1、本發(fā)明制備方法簡單，成本低，可控性強(qiáng)。
[0018]2、制備出的磁性納米光催化劑6?(>1102顆粒水溶性好，性質(zhì)穩(wěn)定，降解效率高。
【附圖說明】
[0019]圖1為制備的GFC-T12顆粒的透射電鏡圖。
[0020]圖2為制備的GFC_Ti02顆粒在酸性條件下對(duì)染料的循環(huán)降解圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0022]實(shí)施例1
[0023]一種磁性納米光催化劑，經(jīng)以下方法制備得到:
[0024](I)將 0.29g Fe (NO3) 3.9Η20、0.21g Co (NO3) 3.6Η20 及 2g S12*別溶于 160ml 甲醇中，超聲處理，使其完全分散。將以上分散好的溶液混合，繼續(xù)超聲混勻2?4h。充分混勻后，蒸干溶劑，得到原溶質(zhì)充分混勻的粉末。對(duì)得到的粉末進(jìn)行烘干后進(jìn)行研磨，得粉末。將粉末放于石英舟中，在管式爐里800°C，90流量的H2還原25min，然后將H 2、CH4以流量比為1:15的比例反應(yīng)5min后關(guān)掉CH4,冷卻至室溫。通過氫氟酸去除S12,后洗去氫氟酸，超聲離心得到FeCoOC顆粒。
[0025](2)將FeCoOC顆粒在水中的懸濁液與氧化石墨烯和無水乙醇配制成濃度為(5_6)mg顆粒/20ml無水乙醇的懸池液。
[0026](3)將ImL鈦酸四異丙酯(TTIP)加入無水乙醇與水的混合溶液中(70mL/5mL)，攪拌后離心干燥。將T12粉末在600°C煅燒3h。得到銳鈦礦晶型的1102;將17mg T1 2溶解于無水乙醇，充分混勻，加入ImL 3-氨丙基三乙氧基硅烷，簡稱APTES，形成帶正電荷的T12;
[0027](4)將懸濁液與帶APTES的T12M合，使得FeCoOC顆粒，GO, T1 2的質(zhì)量比為2.5:2.5:17，充分混均，超聲混合，通過用磁鐵磁吸去除未組裝的GO和T12，清洗得到GFC-Ti O2 顆粒。
[0028]實(shí)施例1所制備的GFC-T12顆粒透射電鏡圖如圖1所示，在酸性條件下對(duì)染料的循環(huán)降解圖如圖2所示，顯示了優(yōu)異的循環(huán)回收性和高降解率。
[0029]實(shí)施例2
[0030]一種磁性納米光催化劑，經(jīng)以下方法制備得到:
[0031](I)將 0.145g Fe (NO3) 3.9H20、0.105g Co (NO3) 3.6H20 及 Ig S12*別溶于 80ml甲醇中，超聲處理，使其完全分散。將以上分散好的溶液混合，繼續(xù)超聲混勻2?4h。充分混勻后，蒸干溶劑，得到原溶質(zhì)充分混勻的粉末。對(duì)得到的粉末進(jìn)行烘干后進(jìn)行研磨，得粉末。將粉末放于石英舟中，在管式爐里1000°C，90流量的H2還原20min，然后將H2XH4以流量比為1:15的比例反應(yīng)6min后關(guān)掉CH4，冷卻至室溫。通過氫氟酸去除S12，后洗去氫氟酸，超聲離心得到FeCoOC顆粒。
[0032](2)將FeCoOC顆粒在水中的懸濁液與氧化石墨烯和無水乙醇配制成濃度為(5_6)mg顆粒/20ml無水乙醇的懸池液。
[0033](3)將ImL鈦酸四異丙酯(TTIP)加入無水乙醇與水的混合溶液中(70mL/5mL)，攪拌后離心干燥。將T12粉末在600°C煅燒3h。得到銳鈦礦晶型的1102;將17mg T1 2溶解于無水乙醇，充分混勻，加入ImL 3-氨丙基三乙氧基硅烷，簡稱APTES，形成帶正電荷的T12;
[0034](4)將懸濁液與帶APTES的T12M合，使得FeCoOC顆粒，GO, T1 2的質(zhì)量比為2.5:2.5:20，充分混均，超聲混合，通過磁鐵磁吸去除未組裝的GO和T12,清洗得到GFC-T12顆粒，性能與實(shí)施例1相似。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種磁性納米光催化劑，其特征是，經(jīng)以下步驟制備得到: 1)將粒徑在7nm-10nm之間的FeCoOC顆粒和氧化石墨稀加入無水乙醇中配制成懸浮液，控制懸浮液中FeC0OC顆粒的濃度為5-6mg顆粒/20ml無水乙醇，使FeC0OC顆粒附著在氧化石墨烯上；將T12溶解于無水乙醇中，充分混勻，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，每ImgT12加入0.05-0.06ml的3-氨丙基三乙氧基硅烷，形成帶正電荷的T1 2溶液； 2)將所述懸濁液與所述帶正電荷的1102溶液混合，控制FeC0OC顆粒、氧化石墨烯與T12的質(zhì)量比為2.5:2.5:17-20，充分混均，超聲混合301^11以上，去除未組裝的氧化石墨稀和T12，清洗得到磁性納米光催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁性納米光催化劑，其特征是，所述FeCoOC顆粒的制備方法為:將 0.1-0.3g Fe (NO3) 3.9H20、0.1-0.3gCo (NO3)3.6H20 及 l_2g S12*別溶于 100ml_200ml甲醇中，充分混勻，干燥，對(duì)干燥后的粉末進(jìn)行研磨，再放于800°C -1000°C管式爐中通過H2的還原20-40min，然后以014作為碳源，控制Hg CH4L^ 1:12-16的流量比反應(yīng)4_6min后關(guān)掉CH4，冷卻至室溫；通過氫氟酸去除S12后洗去氫氟酸，超聲離心得到FeCoOC顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁性納米光催化劑，其特征是，所述T12為銳鈦礦晶型的T1 2。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述磁性納米光催化劑，其特征是，所述銳鈦礦晶型的T12的制備方法為:將l_2ml鈦酸四異丙酯加入無水乙醇與水的混合溶液中，其中無水乙醇的體積為60-70ml，水的體積為4-6ml，攪拌后離心干燥，得T12粉末；再將T1 2粉末在300°C -600°C煅燒2.5-3.5h，得到有銳鈦礦晶型的Ti02。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述磁性納米光催化劑，其特征是，所述氧化石墨烯為片狀。
【專利摘要】本發(fā)明屬于納米材料領(lǐng)域，提供了一種磁性納米光催化劑。該磁性納米光催化劑以氧化石墨烯作為基底，通過快速自組裝的方法負(fù)載新制備的TiO2和FeCoC納米顆粒，簡稱GFC-TiO2納米顆粒,在光催化領(lǐng)域中，該催化劑既可利用氧化石墨烯的特性增強(qiáng)TiO2的催化性能，同時(shí)可利用FeCoC顆粒的順磁性重復(fù)利用，該催化劑可廣泛應(yīng)用于光催化領(lǐng)域。
【IPC分類】B01J23-75
【公開號(hào)】CN104667929
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510068462
【發(fā)明人】陳卓, 程振乾, 譚蔚泓, 聶祥坤
【申請(qǐng)人】湖南大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年2月10日