[发明专利]一种新型TiO2/WO3包覆的磁性纳米复合粒子及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及新型磁性纳米复合粒子，尤其涉及一种新型TiO₂/WO₃包覆的磁性纳米复合粒子及其制备方法，以及所述新型TiO₂/WO₃包覆的磁性纳米复合粒子在光催化降解染料废水中偶氮染料方面的应用。

背景技术

当前环境污染已成为世界关注的焦点之一。纺织及其他工业合成染料的排放是环境污染中最主要污染源之一，全世界每年约有28万吨合成染料排入环境水体中。水中极少量染料(10-20毫克每升)就会影响水体透光性和空气溶解性，从而减弱水中生物体的光合作用。现有染料中50-70％为芳香类偶氮化合物，而偶氮染料及其降解物(如芳香胺)具有高度致癌性。因此，研究废水中偶氮类染料的有效处理方法具有十分重要的意义。

目前处理染料废水的物理和化学手段包括吸附、生物降解、光催化以及化学氧化等方法。半导体光催化可在温和条件下以太阳光为能源降解各种污染物，是一种“绿色”的技术。而TiO₂是迄今为止降解有机物最有效的光催化剂之一，具有无毒、价廉易得、稳定性好以及不受光腐蚀等优点，因而备受关注。遗憾的是，TiO₂具有较宽的禁带(3.2电子伏特)，只对紫外光响应，而太阳光中紫外光比例小于5％，故TiO₂对太阳光的利用率不高。为了改善TiO₂对可见光的响应性能，人们尝试了很多种改性方法，如黑色氢化、石墨烯修饰、导电聚合物修饰、表面敏化、表面氟化、多种杂离子掺杂、氧化物或非氧化物半导体掺杂等。WO₃由于禁带较窄(2.8电子伏特)，也被用于掺杂修饰TiO₂，如分子印迹型TiO₂/WO₃纳米复合材料、TiO₂/WO₃纳米管、孔状TiO₂/WO₃中空微球、以及TiO₂/WO₃复合材料等。这些催化剂大大改善了TiO₂的可见光催化性能，且均为不易降解的无机基质，然而它们都不易回收，不便于循环使用。核壳型磁纳米粒子可轻易通过外部磁场回收后循环利用，有望解决此问题。

发明内容

本发明的目的之一是为解决染料废水处理中光催化剂难以回收利用的难题，提供一种可循环使用的新型TiO₂/WO₃包覆磁性纳米粒子，并将其应用于染料废水中偶氮染料的处理。

为实现上述目的，本发明提供一种新型TiO₂/WO₃包覆的磁性纳米复合粒子的制备方法，制备步骤如下：

a)在Fe₃O₄粒子表面包裹一层SiO₂，得到Fe₃O₄@SiO₂粒子；

b)在所述Fe₃O₄@SiO₂粒子表面包覆一层TiO₂/WO₃，得到胶状混合物；

c)煅烧所述胶状混合物，得到新型TiO₂/WO₃包覆的磁性纳米复合粒子。

进一步的，所述步骤a)所用试剂为四乙氧基硅烷；

进一步的，所述步骤b)包括如下具体步骤：

取钨酸铵溶于超纯水，加入乙酸调节酸性，得到钨酸铵溶液；

取无水乙醇，加入钛酸异丙酯和乙酸，进行超声处理，再加入超纯水、乙酸、乙醇和所述Fe₃O₄@SiO₂粒子，进行机械搅拌，加入所述钨酸铵溶液，室温下反应至形成凝胶状混合物。

进一步的，所述步骤c)包括如下具体步骤：

将所述凝胶状混合物烘干，再进行真空干燥，最后于马弗炉中煅烧，得到新型TiO₂/WO₃包覆的磁性纳米复合粒子。

进一步的，所述超声处理的时间为5分钟；

进一步的，所述机械搅拌的时间为2小时；

进一步的，所述烘干的时间为12小时，温度为100摄氏度；

进一步的，所述真空干燥的时间为24小时，温度为80摄氏度；