[发明专利]可磁分离二氧化钛可见光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用太阳光且可磁分离回收的新型复合光催化剂及其制备方法，属于光催化剂制备技术领域。

背景技术

半导体气相光催化氧化降解有机物已成为环境污染治理的研究热点，作为一种应用广泛的光催化剂，TiO₂以其无毒、催化活性高、氧化能力强、稳定性好而最为常用。在污水处理领域，悬浆型光催化反应器因其高比表面积和良好的分散性而受到普遍的关注。然而，由于受到从水中回收纳米TiO₂微粒的困扰，悬浆型光催化反应器仍然受到很大的限制。为了克服催化剂分离的困难，研究者将TiO₂负载在玻璃珠、玻璃纤维、沸石等载体上制备负载型光催化剂。由于这些光催化剂载体较小的比表面积，大大降低了TiO₂的负载量和光催化活性。另一方面，由于TiO₂的带隙较大(～3.2ev)，只能吸收紫外光，而紫外光只占太阳光的3-5％，可见光却占了太阳光能量的45％，因此，具有可回收性的TiO₂可见光催化剂的制备成为废水处理工业化的关键问题。

近年来，有研究者指出如果采用超顺磁性、耐腐蚀的铁磁性微粒作为载体，研制成磁性悬浮负载型光催化剂，既具备悬浮相光催剂的高效性，又可利用磁性回收，克服了悬浮状TiO₂粉末回收困难的缺点，此类催化剂将会具有广泛的应用前景。专利一种磁性纳米复合光催化剂及其制备方法(CN 200610011122.6)和一种磁性光催化剂及其制备方法(CN 1935358 A)都涉及了可磁分离TiO₂光催化剂的制备，但他们制备磁性光催化剂方法是采用两步法，即首先制得磁性颗粒，然后在磁性颗粒外层包覆TiO₂，制备工艺复杂，周期较长。

为了解决TiO₂光催化剂可见光利用率问题，大量文献报道了利用金属改性以提高TiO₂光催化活性的方法。中国专利CN 101209412A、CN1724146A，报道了用铁、锡等金属离子对二氧化钛催化剂进行改性，使处理后催化剂光的激发范围由紫外光波段向可见光波段移动，在可见光下具有较高的催化活性，充分利用绿色无污染的太阳能。

发明内容

本发明目的在于克服现在已有磁分离光催化剂制备技术的不足，提供一种制备工艺简单、周期短的可磁分离二氧化钛光催化剂的制备方法。

本发明的另一个目的在于提供一种具有较高可见光催化活性的二氧化钛光催化剂。

我们以四氯化钛、可溶性三价铁盐、可溶性二价钴盐为主要原料，用氨水调节pH值，机械搅拌和超声分散共同作用下得到固体产物，然后通过水洗、乙醇洗、烘干、焙烧，一步法制得TiO₂-CoFe₂O₄复合可见光催化剂。

所述的制备方法具体可采用如下步骤：在冰水浴和机械搅拌条件下，将四氯化钛加入溶有水解抑制剂的去离子水中，得到淡黄色的四氯化钛水溶液；往上述四氯化钛水溶液中以摩尔比nTi⁴⁺∶nFe³⁺∶nCo²⁺＝1～5∶2∶1加入可溶性三价铁盐、二价钴盐，继续机械搅拌使反应体系混合均匀，将体系温度升至68-80℃，启动超声波进行超声分散，用氨水调节体系pH值在8～10范围内，机械搅拌和超声分散共同作用下反应0.8-1小时得到固体样品；将上述固体样品经水洗、乙醇洗、烘干、焙烧，即得以TiO₂和CoFe₂O₄为主要成分的TiO₂-CoFe₂O₄复合可见光催化剂；

所述的焙烧温度范围是300-500℃。

所述的水解抑制剂优选盐酸、硝酸、醋酸中的一种。

所述的可溶性三价铁盐优选FeCl₃·6H₂O、Fe₂(SO₄)₃·xH₂O、Fe(NO₃)₃·9H₂O中的一种。

所述的可溶性二价钴盐优选CoCl₂·6H₂O、Co(NO₃)₂·6H₂O中的一种。