[发明专利]一种可见光响应的磁性光催化材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光催化材料技术领域，特别涉及一种在可见光下响应的磁性光催化材料及其制备方法。

背景技术

抗生素是一类广泛应用于防治人类和动物病毒性疾病以及促进动植物生长的化学品。抗生素在使用的过程中并不能被完全吸收，残留的部分大量进入环境中，造成了抗生素本底的增高和耐药性的出现。近年来，不断在水环境中检测出抗生素，对生态环境和人类健康造成了潜在的危害，因此，如何消除水环境中的抗生素污染成为亟待解决的问题。抗生素的降解可以通过电化学法、生物降解法等技术来实现。在这些技术中，基于半导体的光催化成为研究的热点。光催化可以将太阳能转化成化学能和电能，从而实现绿色降解和矿化各种污染物。

近些年来，在半导体光催化剂的研究中，普遍存在以下几个局限：i)光能利用区间主要集中在紫外区，不能有效利用太阳光能；ii)光激发产生的电子和空穴易复合，光量子利用效率低;iii)光催化剂难以分离回收，循环使用。因此，寻找一种在可见光下响应的磁性光催化材料是很有必要的。

目前，关于异质结材料用于光催化的专利，大部分都集中在与二氧化钛,氧化锌,氧化亚铜这些氧化物的异质结复合上。将氧化铋与铁酸镍结合形成异质结，用于可见光下光催化降解抗生素还未见报道。

氧化铋是一种性能优越的窄禁带半导体，能带宽度为2.8eV，由于良好的导电性、导热性和光电性能而广泛应用于光电材料、电子陶瓷粉体材料、高温超导材料等领域。铁酸镍是一种尖晶石结构的铁酸盐，能带宽度为1.7eV，具有较高的饱和磁化强度，优良的化学稳定性和热稳定性，是一种应用广泛的磁性材料。

本发明不同于之前的专利报道，这里我们将氧化铋和铁酸镍结合形成异质结，将光能利用区间拓展到可见光区，匹配的能带结构有利于光生电子和空穴的分离，进而提高光催化降解的效率，同时良好的磁性克服了光催化剂的难以分离回收的缺点，在实际的光降解中有良好的应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种可见光响应的磁性光催化材料及其制备方法，该方法以硝酸镍，硝酸铁，硝酸铋，硫酸钠为原料，利用水热和微波辅助法，制得可见光响应的磁性光催化材料。

本发明提供一种可见光响应的磁性光催化材料的制备方法，其特征包括以下步骤：

（1）铁酸镍的制备：按比例将硝酸镍和硝酸铁充分溶解在去离子水中，用碱性溶液a调节pH至13～14，得到混合溶液A；将混合液A转移至聚四氟乙烯内胆的不锈钢反应釜中，进行水热反应，反应结束后，冷却至室温，用去离子水和乙醇洗涤，干燥后得到铁酸镍粉体；

（2）铁酸镍与氧化铋的复合：按比例将硝酸铋、硫酸钠和铁酸镍溶解于去离子水中，得到溶液B，将碱性溶液b与溶液B混合得到溶液C。将溶液C转移至微波反应器进行反应，反应结束后，冷却至室温，用去离子水和乙醇洗涤，干燥后得到可见光响应的磁性光催化材料。

步骤（1）中，所述的硝酸镍和硝酸铁的物质的量之比为1:2~4。

步骤（1）中，所述碱性溶液a为6.0mol/L的氢氧化钠溶液。

步骤（1）中，所述水热反应的温度为180~240℃，反应时间为12~36h。

步骤（2）中，所述溶液B中，硝酸铋、硫酸钠和铁酸镍的物质的量之比2:3:0.8~8。

步骤（2）中，所述碱性溶液b为0.45mol/L氢氧化钠溶液，并且，所述碱性溶液b中氢氧化钠与溶液B中硝酸铋的物质的量之比为1:9。

步骤（2）中，所述的微波反应的温度为80～120℃，反应时间为10～20分钟。

最佳方案为：硝酸铋、硫酸钠和铁酸镍物质的量之比为2:3:4，微波反应温度为100℃，反应时间为15min。

根据以上所述制备方法制得的可见光响应的磁性光催化材料，其特征在于，它是铁酸镍/氧化铋异质结型光催化材料，由氧化铋与铁酸镍组成，氧化铋为棒状，铁酸镍为颗粒状，两者物质的量比是1:0.2～2。

根据以上所述制备方法制得的可见光响应的磁性光催化材料，用于降解四环素，降解率能达到90%以上。

附图说明

图1为本发明制备的光催化材料的形貌图：a.氧化铋的SEM图；b.铁酸镍/氧化铋的SEM图；c.铁酸镍/氧化铋的TEM图；d.负载在氧化铋上的铁酸镍的HRTEM图。

图2为本发明最优先条件下制备的光催化材料的X射线光电子能谱分析图（XPS）。

图3为本发明最优选条件下制备的光催化材料在相同条件下的循环降解曲线。