[发明专利]一种磁性Ce/N共掺杂TiO2/硅藻土复合材料光催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种磁性Ce/N共掺杂TiO₂/硅藻土复合材料光催化剂，所述的催化剂是基于N掺杂复合粉体的制备工艺，选择六水合硝酸铈为Ce源，采用硅藻土精土为载体，通过溶胶凝胶法在其表面负载具有超顺磁性的NiFe₂O₄纳米颗粒。通过对TiO₂引入了稀土元素Ce的掺杂改性，提升TiO₂/硅藻土复合粉体的可见光利用率和光生电子空穴对的分离效率，使复合材料展现出卓越的光催化性能，并且由于引入镍铁氧体，使催化剂具有磁性，从而提高催化剂的回收能力，在处理高污染区域内土壤含有的难降解型有机污染物的应用中具有广阔的前景。

技术领域

本发明属于光催化领域，具体的涉及一种磁性Ce/N共掺杂TiO₂/硅藻土复合材料光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

在现代农业的发展中农药和有机肥等作为重要的农业生产资料对防治病虫害，促进农、林、牧业生产发挥了重要的作用，但其大量使用又会造成环境污染，改变了自然界的土壤生态平衡，甚至引发人畜中毒事故，威胁人身安全。因其具有污染持续性和农产品富集性，已成为我国影响范围最大的一类有机污染。此外，工业生产、石油开采、交通运输、畜禽养殖及居民生活等也产生了大量有机污染物，使土壤有机物污染进一步加剧，土壤有机物污染的修复日益迫切。因此防治土壤污染，对保障居民的食品安全和饮水安全具有重要意义。

在众多光催化剂中，纳米TiO₂半导体材料是迄今为止应用最广泛的光催化剂之一，具有巨大的开发前景。然而，在实际应用过程中，TiO₂仍然存在以下几个亟需解决的问题：(1)太阳能利用率低，因为带隙能较高(3.2eV)，只能被紫外光所激发(仅占太阳光的5％)；(2)量子效率较低，光生电子-空穴复合速度快；(3)易于团聚，导致活性面积和吸附量降低；(4)颗粒尺寸小，难以分离回收再利用。

发明内容

本发明目的是提供一种磁性Ce/N共掺杂TiO₂/硅藻土复合材料光催化剂CN-TND(Ce/Nco-doped TiO₂/NiFe₂O₄/diatomite)，包括带隙能较高的掺杂型纳米TiO₂、具有超顺磁性的NiFe₂O₄、强吸附性的天然多孔矿物硅藻土，其中采用硅藻土为载体，NiFe₂O₄纳米颗粒镶嵌于硅藻土壳层表面，掺杂型TiO₂晶粒分散于NiFe₂O₄和硅藻土壳层表面，形成共掺杂磁性粉体的最外层。

本发明另一目的是提供一种磁性Ce/N共掺杂TiO₂/硅藻土复合材料光催化剂CN-TND(Ce/N co-doped TiO₂/NiFe₂O₄/diatomite)的制备方法，基于N掺杂复合粉体的制备工艺，选择六水合硝酸铈为Ce源，引入了稀土元素N/Ce的共掺杂改性，提升TiO₂/硅藻土复合粉体的可见光利用率和光生电子空穴对的分离效率，使复合材料展现出卓越的光催化性能，并且由于引入镍铁氧体，使催化剂具有磁性，从而提高催化剂的回收能力。

本发明另一目的是提供一种磁性Ce/N共掺杂TiO₂/硅藻土复合材料光催化剂在处理高污染区域内土壤含有的难降解型有机污染物的应用。

本发明采用的技术方案为：

一种磁性Ce/N共掺杂TiO₂/硅藻土复合材料光催化剂，所述的催化剂是基于N掺杂复合粉体的制备工艺，选择六水合硝酸铈为Ce源，采用硅藻土精土为载体，通过溶胶凝胶法在其表面负载具有超顺磁性的NiFe₂O₄纳米颗粒。