[发明专利]一种磁性生物炭负载磷酸银复合光催化剂的制备及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁性生物炭负载磷酸银复合光催化剂的制备及其应用，具体涉及以铁酸锌为磁性介质的磁性生物炭（Biochar-ZnFe₂O₄）的 “一锅法”制备和磁性生物炭/磷酸银复合光催化剂（Biochar-ZnFe₂O₄/Ag₃PO₄）的制备方法及其应用，属于纳米复合材料及环境治理光催化技术领域。

背景技术

在过去十年中，环境内分泌干扰物质（EDCs）带来的污染日益严重，其中应用广泛的双酚A（BPA）在低浓度就能对人类或动物的内分泌功能造成干扰，对人类健康和生态系统安全构成潜在的威胁，如何更安全有效的去除环境中己经存在的BPA成为我们亟待解决的问题。近年来，降解处理双酚A的方法主要有生物法、物理吸附法、化学氧化法等，但皆属探索阶段，其中，光化学氧化法在BPA的去除方面展现出巨大的潜力与良好的应用前景。

半导体光催化氧化技术具有彻底降解污染物并矿化而不产生二次污染等优势，因此，利用半导体光催化技术处理环境中的难降解有机污染物被视为是具有广阔应用前景的环保高新技术。如何高效利用太阳能，开发可行、高效的半导体光催化材料是广大研究者的研究重点。

Ag₃PO₄是叶金花课题组于2010年发现的具有高效光催化氧化能力的新型可见光响应型半导体催化剂，其量子产率远高于其他半导体，光生空穴也表现出较强的光催化氧化能力。但Ag₃PO₄易于光腐蚀的缺陷和难于固液分离回收的问题是限制其进一步应用的两个技术瓶颈，同时，比表面积较小、制备成本较高，这都限制了它的大规模工业应用。因此，目前大多数研究工作都集中在开发Ag₃PO₄基新型复合光催化材料，以提高Ag₃PO₄的稳定性，从而增加其光催化活性，同时解决回收问题。

为解决Ag₃PO₄易光腐蚀的问题，不少研究者选择将Ag₃PO₄与碳材料复合（包括碳微球（CMSs）、氧化石墨稀(GO)、碳纳米管(CNTs)等），研究表明不同碳材料与磷酸银复合均能提高其光催化活性和稳定性。与同类碳材料相比，生物炭具有制备原料来源丰富，制备工艺相对简单，成本低廉等优势，既有利于未来实际投产使用，又将有助于进一步提升自然生物质资源的科学利用价值。更重要的是，生物炭（Biochar）表面官能团丰富，这将有利于光催化降解有机物过程产生更多的反应活性物种；同时，生物炭具有优良的光学和导电性能，能促进复合光催化剂光生电子-空穴对的有效分离，有效增加其光响应范围和强度。

对光催化剂负磁是解决纳米材料分离回收困难问题的有效手段，FeO_x常被用作磁性介质，然而Fe₃O₄与Ag₃PO₄复合后，复合材料光腐蚀现象依然存在，而且光催化活性提高不明显。同样具有磁分离特性的窄带隙半导体（1.9eV）铁酸锌（ZnFe₂O₄）具有较强的化学稳定性、热稳定性、可见光响应性，更重要的是已有研究证实ZnFe₂O₄与Ag₃PO₄复合能形成异质结，可降低复合材料的电子-空穴复合率，增强材料的光催化活性。