[发明专利]NiFe2O4/Cu2O磁性复合纳米催化剂的制备方法及该催化剂的应用

说明书

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种NiFe₂O₄/Cu₂O磁性复合纳米催化剂的制备方法及该催化剂的应用。

背景技术

目前我国各种染料产量已达90万吨，染料废水已成为环境重点污染源之一。染料行业品种繁多，工艺复杂，其废水中含有大量的有机物，具有CODCr高、色泽深、酸碱性强等特点，一直是废水处理中的难题。于是开发新型水处理材料和新型工艺，控制有毒有机污染物已成为环境领域亟待解决的关键问题之一。经过几十年的研究发现，利用Cu₂O、ZnO、TiO₂等半导体可发生光催化使水分解成氢和氧，光催化反应能将有机污染物完全矿化成CO₂、H₂O等无机小分子物质，且反应条件温和，能耗低，安全无毒，操作简便，被视为一种理想的高效、低耗的绿色环境治理技术而受到环境专家的关注。据文献报道，氧化亚铜属于P型半导体，禁带宽度约为2.2ev，吸收波长为 563nm，能吸收可见光，可以将太阳光转化为电能或化学能，因此氧化亚铜在太阳光照射下即可发生光催化反应，是一种极具潜能的光催化剂。目前，氧化亚铜光催化材料的制备及其处理难降解的有机废水逐渐成为研究的热点。目前，光催化剂(尤其纳米光催化剂)在使用过程中还存在固液分离和回收困难，可能造成二次污染等问题，这严重阻碍了光催化技术的实际应用。氧化亚铜粉末状光催化剂处理废水的研究中，难以回收催化剂再次利用，一直是限制应用的难题之一。因此制备一种便于回收的氧化亚铜复合光催化剂是非常必要的。

为了提高可见光或太阳光对Cu₂O的光催化性能，常用的方法是贵金属修饰、量子点敏化、半导体复合、染料敏化、过渡金属离子和非金属掺杂等。近年来出现的将磁性分离技术与固相催化剂/吸附剂相结合的方法，在解决环境污染问题中发挥了很好的作用。由于磁性光催化剂既具备悬浮相光催化剂的高效性，又可利用磁性分离技术高效快速地回收，实现资源的再利用，是一种环境友好型催化剂，也是未来水处理光催化剂的重要发展方向之一。

现有技术中有报道过磁性纳米复合物，但其一般制备的工艺都比较复杂，耗费较长的时间，光催化降解效率低，制备的催化剂颗粒较大，比表面积较小，光催化降解效率低等一些不足，因此优化 NiFe₂O₄/Cu₂O磁性复合纳米材料的制备方法对促进经济发展具有重要的现实意义。

发明内容

本发明主要提供了一种NiFe₂O₄/Cu₂O磁性复合纳米催化剂的制备方法，该方法工艺简单，制备的催化剂能效且快速吸附-光催化去除水体中的有机染料。其技术方案如下：

一种NiFe₂O₄/Cu₂O磁性复合纳米催化剂的制备方法，其包括以下步骤：

Ⅰ)NiFe₂O₄的制备：

(1)按铁和镍的摩尔比为2:1-1.5分别称取六水合氯化镍和六水合三氯化铁溶于去离子水中；

(2)向混合溶液中滴加碱性溶液调节pH值为10-14，将混合溶液加热至80-100℃保温2.5-3.5h；

(3)将加热后的溶液转移至反应釜中，将反应釜加热到600-800℃并保温2.5-3.5h；

(4)将加热后获得的粉末固体在磁场中进行分离，然后对磁性粉末洗涤并烘干，得到NiFe₂O₄催化剂颗粒；

Ⅱ)NiFe₂O₄/Cu₂O磁性复合物的制备：

(1)将六水合醋酸铜搅拌溶于去离子水中，并超声处理；

(2)加入制备完成的NiFe₂O₄催化剂颗粒，NiFe₂O₄与醋酸铜的质量比为2-2.15:4.05，然后加入碱性溶液，并进行搅拌；

(3)加入葡萄糖溶液进行反应，混合液变成红褐色；

(4)将混合液冷却，使用磁铁磁吸固体物，清洗并干燥，得 NiFe₂O₄/Cu₂O磁性复合纳米催化剂。