[发明专利]一种尖晶石型磁性纳米复合金属氧化物可见光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合金属氧化物制备技术领域，特别涉及一种尖晶石型磁性纳米复合金属氧化物可见光催化剂的制备方法，在低温条件下制备尖晶石型纳米磁性复合金属氧化物催化剂，该催化剂主要用于对有机染料进行可见光降解反应。

背景技术

随着现代工业的发展，含有有机污染物的工业废水对环境的影响越来越严重。有些有机污染物毒性大，结构复杂，传统的降解方法无法达到令人满意的降解效果，并且在降解过程中易产生有毒的中间产物，对环境造成二次污染。因此寻找新型的环保高效的废水降解方法成为二十一世纪亟待解决的问题。相对于常用的物理方法和生物方法，光催化降解技术以其广谱适用性和对有毒有机物的敏感性，为有机废水处理提供了一条新的、有工业化实际应用价值的途径。目前的光化学催化剂中应用最广、也最有效的是二氧化钛(TiO₂)。但TiO₂作为光催化剂用于光催化也存在一定的局限性，首先，TiO₂的带隙能为3.2eV，只有波长小于388nm的光辐射才能使TiO₂产生电子·空穴对，即光利用率不足太阳辐射的5％，对于太阳光谱中47％的可见光利用率很低，并且紫外光对人体有害；虽然人们力图在TiO₂中掺杂其他金属，以使其激发频率向可见光区移动，但效果不明显。为了提高对太阳能的利用率，并积极改善催化效率，人们已进行了大量的研究工作，如采取一些表面修饰改性技术，设计研制高效能反应器等，但大多都没有根本解决其能隙较宽的制约因素。

尖晶石型铁氧体是由铁和其他一种或多种金属组成的复合氧化物，广泛应用于通讯广播、雷达导航、宇宙航行、医学生物等各个领域。纳米铁氧体材料由于特有的比表面效应、小尺寸效应、界面效应和宏观量子效应，表现出和常规材料不同的光、电、催化、磁性等物理性质，特别是作为催化剂或载体已在催化领域中得到广泛的应用。铁酸锌(ZnFe₂O₄)是一种典型的尖晶石型铁氧体，体块材料禁带宽度约为1.9eV，在波长小于700nm的光照射下即可将其激发，不发生化学及光化学腐蚀，可以作为可见光催化剂(如文献Y.Bessekhound，M Trari.Photocatalytic Hydrogen Production fromSuspension of Spinel Powders AMn₂O₄(A＝Cu and Zn)[J].International Journal of HydrogenEnergry，2001，27：357-362)。目前存在的问题：制备过程复杂、尺寸难以控制、催化效率低、回收困难(如文献Brian L.Cushing，Vladimir L.Kolesnichenko，Charles J.O’ConnorRecent Advances in the Liquid-Phase Syntheses of Inorganic Nanoparticles[J].Chem.Rev.2004，104：3893-3946；Changwa Yao，Qiaoshi Zeng，T.Torres ZnFe₂O₄Nanocrystals：Synthesis and Magnetic Properties[J].Phys.Chem.C 2007.111：12274-12278)。如果赋予其铁磁性并进行结构掺杂，其不但可以提高可见光催化活性，而且在催化剂的回收方面也具有明显优势，有望在实际中得到广泛应用。

发明内容