[发明专利]一种导电聚合物修饰的磁性光催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化剂及其制备方法的技术领域，具体涉及一种导电聚合物修饰的磁性光催化剂及其制备方法，该催化剂能在可见光下进行光催化。

背景技术

随着能源、环境问题日益严重，人们生活水平的提高和环保意识的加强，对废水或污水处理的研究和实施也在不断深化和发展。现有污水处理方法一般有物理过滤法、化学-氧化法、光催化降解法等。其中，光催化降解法因利用光作为能源激发，半导体作为光催化剂分解废水或污水中的有机污染物，分解成二氧化碳、水或低分子化合物，得到了广泛的研究和应用。在所研究的半导体光催化剂(TiO₂、ZnO、Fe₂O₃、CdS、CdSe等)中，由于某些化合物本身具有一定的毒性，而且有的半导体在光照下不稳定，存在不同程度的光腐蚀现象，所以目前只有TiO₂是研究和应用较为广泛的半导体光催化剂。但TiO₂光催化剂存在回收难、光催化效率低等缺点。

磁性纳米颗粒具有磁响应性能，可在外磁场作用下回收，并具有方便快捷、提取效率高等特点。如CN 1562817A公开的名称为“磁性纳米TiO₂/SiO₂/Fe₃O₄复合光催化剂净化废水方法及装置”的中国发明专利申请，制备出双层包覆结构的TiO₂/SiO₂/Fe₃O₄复合光催化剂，用紫外光作为光源，并发明了一套净化废水的装置，来提高净水效率。该专利通过装置的改善来提高光催化效果，但所制备的光催化剂本身的催化效率还有待提高。为了提高二氧化钛的光催化能力，可以对其进行改性处理，如贵金属沉积、离子掺杂、光敏化、表面还原处理等，其中光敏化可延伸TiO₂的激发波长范围，提高长波辐射光子利用率，是提高TiO₂光量子效率的主要研究内容之一。光活性敏化剂在可见光下具有较大的激发因子，在可见光照射下，吸附态光活性分子吸收光子被激发，产生自由电子，然后激发态光活性分子将电子注入到TiO₂的导带上，扩大TiO₂激发波长的范围，使之能利用可见光来降解有机物。其中，导电聚合物因其有共轭结构，是良好的光敏剂。如CN 101444751A公开的名称为“聚苯胺-纳米ZnS复合光催化剂及其制备方法”的中国发明专利申请，以聚苯胺为骨架，负载纳米ZnS，在紫外光和可见光照射下具有催化作用。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种处理效率高、成本低、可磁性回收的磁性光催化剂，该催化剂能够将废水或污水中的有机有害物质降解，使废水或污水得到有效地净化，并且可以通过施加磁场对光催化剂进行回收再利用。

本发明的另一目的在于提供一种处理效率高、成本低、可磁性回收的磁性光催化剂的制备方法，该方法制备简单、产率高。

本发明的一种导电聚合物修饰的磁性光催化剂，所述磁性光催化剂有三层包覆结构的复合催化剂，其内核是磁性微粒，外层包覆有SiO₂，SiO₂的外部包覆有TiO₂，TiO₂的外部再包覆有少量导电聚合物。

进一步的，上述内核的磁性微粒材料为四氧化三铁、γ-三氧化二铁、NiFe₂O₄、CoFe₂O₄其中的一种或几种。

进一步的，上述内核的磁性微粒的球粒径尺寸在100～400nm。

本发明的一种导电聚合物修饰的磁性光催化剂的制备方法如下：

以磁性微粒为内核，利用溶胶-凝胶化学的原理，采用硅源前躯体水解，首先在磁性微粒表面包覆上一层无定形二氧化硅；然后利用溶胶-凝胶法在二氧化硅层表面包覆一层二氧化钛，经过高温处理后可得到锐钛矿型的二氧化钛；接着分散在导电聚合物单体的盐酸水溶液中，加入氧化剂溶液，反应后得到导电聚合物修饰的磁性光催化剂粉末。

导电聚合物修饰的光催化剂的原理是：光催化剂在光能的作用下，包覆在光催化剂表面的导电聚合物吸收光子被激发，产生大量的自由电子，然后将电子转移至TiO₂的导带上，提高了电荷分离效率，因此提高了光催化剂的光催化活性。该光生电子具有强还原性，而低能价带则因此出现光生空穴，具有强氧化能力，可杀菌、消毒，几乎可以氧化一切有机污染物。

本发明的一种导电聚合物修饰的磁性光催化剂的具体制备步骤为：