[发明专利]铁酸铜光-芬顿催化磁性复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及铁酸铜光‑芬顿催化磁性复合材料及其制备方法，属于光降解技术领域。本发明解决的技术问题是水热法、模板法制备光催化材料时需控制的参数比较多，工艺复杂。本发明的技术方案是提供铁酸铜光‑芬顿催化磁性复合材料的制备方法，由硝酸铁、硝酸铜、燃料混合配制成水溶液，然后通过低温燃烧合成得到具有磁性的铁酸铜光催化磁性复合材料，所述复合材料的主要成分为CuFe₂O₄。本发明制备工艺简单，易于工业化生产，制备得到的铁酸铜光催化磁性复合材料作为光‑芬顿光催化剂适用于染料降解以及水处理过程中有机污染物的降解。

技术领域

本发明属于光降解技术领域，尤其涉及铁酸铜光-芬顿催化磁性复合材料及其制备方法。

背景技术

随着工业的不断发展，环境污染日益严重，如难降解有机物的去除、水体的富营养化、高浓度工业废水及污染水源的治理等，传统水处理工艺中的物理方法、生物方法往往不能得到满意的结果。光-芬顿催化降解属于高级氧化法(Advanced oxidation Process)：简称AOPs，可直接利用太阳能，降解有机废水。AOPs具有反应设备简单、反应速度快、选择性小、处理效率高、剩余污泥少，适用范围广，无二次污染，氧化能力强等特点等优点而倍受瞩目，在印染、皮革、酚类、农药和活性污泥等难降解有机废水处理中具有很好的应用前景，是目前处理水中难降解有机污染物的研究热点。

目前光催化剂材料的制备方法主要为水热法、模板法等，其中水热法需要在水热斧中反应后经水洗或乙醇洗，再经干燥得到，模板法需要加入表面活性剂、添加模板、酸度调节等，因而需要控制的参数比较多，工艺复杂，成本较高，尤其是在制备晶态半导体或复合材料时，制备工艺更为复杂。如专利CN102500390A公开了一种氧化铁/钨酸铋复合光催化剂的制备方法，该方法是将五水硝酸铋的硝酸溶液、钨酸铵的氢氧化钠溶液及可溶性铁盐混合后，采用微波辅助加热的水热法制备得到复合光催化剂。专利CN105797739A公开了一种铁氢氧化物/钒酸铋复合光催化剂的制备方法及应用，该方法先通过水热法制得钒酸铋，然后加入尿素、浓硝酸、硝酸铁在加热条件下反应，通过离心、洗涤、烘干、研磨得到复合光催化剂。

低温燃烧合成主要是以可溶性金属盐(主要是硝酸盐)和有机燃料作为反应物，金属硝酸盐在反应中充当氧化剂，有机燃料在反应中充当还原剂，反应物体系在一定温度下加热或点燃引发剧烈的氧化-还原反应，一旦点燃，反应即由氧化-还原反应放出的热量维持自动推进。

在光-芬顿体系中，控制催化速率快慢的是Fe³⁺的还原过程，而在半导体体系中，引入电子受体可有效地促进光生电子与空穴分离。有报道称在半导体光催化剂中引入Fe³⁺或者铁氧化物，可以作为电子受体，有效地促进光生电子与空穴的分离。因此，选择合适的半导体光催化剂与芬顿体系联用，既能促进光生电子空穴分离，又能促进芬顿体系在可见光区域Fe³⁺还原为Fe²⁺，能够更有效的产生·OH，从而提高复合催化剂的活性。利用低温燃烧合成法制备铁酸铜光-芬顿催化磁性复合材料尚未见报道。

发明内容

本发明解决的技术问题是水热法、模板法制备光催化材料时需控制的参数比较多，工艺复杂。

为解决上述现有技术存在的不足，本发明提供铁酸铜光-芬顿催化磁性复合材料的制备方法，包括如下步骤：

将硝酸铜、硝酸铁、燃料溶解到去离子水或蒸馏水中，搅拌至完全溶解，得到均一溶液，然后将上述溶液转移到加热设备进行加热，至溶液蒸干形成胶状物质后发生低温燃烧合成反应，得到粉末状铁酸铜光-芬顿催化磁性复合材料。

其中，燃料为甘氨酸。

其中，以重量百分数计，硝酸铜/硝酸铁的比例为1～20％wt。

其中，燃料与硝酸铁的摩尔比为1:0.3。

其中，加热设备可为加热板、马弗炉或电阻炉加热。