[发明专利]复合型光催化剂Fe3O4@SiO2@TiO2-TPAPP及其制备方法

说明书

本发明开发了一种利用四氨基苯基卟啉通过共价键合三层复合结构纳米粒子Fe₃O₄@SiO₂@TiO₂的复合型光催化剂Fe₃O₄@SiO₂@TiO₂‑TPAPP及其制备方法，属于纳米复合材料领域。本发明之复合型光催化剂Fe₃O₄@SiO₂@TiO₂‑TPAPP，是一种以Fe₃O₄为核，其上包裹SiO₂，最后覆盖TiO₂成为三层结构的纳米微球，在球的表面接枝卟啉，成为一种有机‑无机杂化的多功能光催化氧化剂体系。该复合型光催化剂中，卟啉可以敏化TiO₂实现光谱范围的拓展，可以充分有效利用可见光进行有机污染物的光降解，避免了能源浪费；Fe₃O₄起到磁性分离作用，实现快速有效回收循环利用；SiO₂能够防止Fe₃O₄对TiO₂光催化性能的影响并在多次循环利用过程中保护Fe₃O₄的磁性。

技术领域：

本发明涉及一种四氨基苯基卟啉通过共价键合三层复合纳米粒子Fe₃O₄@SiO₂@TiO₂得到的复合型光催化剂Fe₃O₄@SiO₂@TiO₂-TPAPP及其制备方法，属于纳米复合材料领域。

背景技术：

环境和能源问题是人类在21世纪所面临的重大难题。光催化技术的诞生为解决这两大难题提供了有效环保的方法。传统的光催化材料TiO₂宽带隙半导体光催化剂具有无毒，良好的化学稳定性，光催化活性高等特点，可应用于废水处理、气体净化等多种环境保护。此外，其廉价、环保、可有效的清除水中污染物等优势在光催化领域展现了巨大的潜力。但其禁带宽度限制了太阳能的利用，阻碍它的商业化。提高TiO₂光催化降解有机染料污染物光效率，得到越来越多的关注。

功能型纳米复合光催化材料，与传统光催化材料相比，具有许多突出特点：(1)利用可见光；传统的宽带隙半导体光催化材料只能利用到达地球表面太阳光能量4％的紫外光。而利用染料敏化的光催化材料，就可以可用占太阳光能力45％的可见光。(2)解决不易回收；传统的光催化剂如P25光降解后数小时依然均匀分散在溶液中，给快速高效的回收造成困扰。而功能磁性纳米复合光催化剂可以在光降解之后，利用外加磁场迅速从溶液中分离出来。

现有的功能纳米复合光催化材料，利用染料敏化提高宽带隙半导体光催化材料的可见光利用率，而染料一般以吸附的形式存在于单一的光催化材料的表面，在光催化剂重复利用的过程中，容易脱落，不易回收。而采用磁性物质为核，光催化材料为壳，引入有机分子作为桥连分子，利用化学键使染料分子与具有复合结构的光催化材料连接在一起，解决染料分子易脱落、影响可见光利用率、难以快速回收的问题。

发明内容：

针对现有技术的不足，本发明提出了一种四氨基苯基卟啉敏化三层复合结构Fe₃O₄@ SiO₂@TiO₂催化剂的合成制备方法，该方法合成利用原料廉价、环保，性能优异。有利于“绿色”光催化剂的生产与应用；该方法制备的卟啉敏化磁性复合纳米光催化剂，可以靠外加磁场在其光降解后高效快速的回收利用，并且循环次数对光催化性能几乎无影响。

为实现上述目的，本发明之一种四氨基苯基卟啉敏化三层复合结构Fe₃O₄@SiO₂@TiO₂催化剂的制备方法采用以下技术方案予以实现：