[发明专利]用于水处理的磁性光催化复合剂及其制备方法与应用

说明书

本发明以Fe₃O₄/ZnO/Cu复合物为核，以ZnSe为中间层，外包覆碳纳米管的核壳结构，其中的Fe₃O₄/ZnO/Cu复合物是以多孔Fe₃O₄为核，以掺铜ZnO为外壳的核壳结构。本发明的磁性光催化复合剂中含有较强磁性的Fe₃O₄，使得磁性光催化复合剂使用后易分离回收，通过ZnO、Cu、ZnSe三种物质的协同作用，使得该磁性光催化复合剂能够在全太阳光光谱范围内表现出良好的光催化效果，将具有高比表面积、热稳定性好、化学惰性的碳纳米管设置在最外层，增大了与污水/废水的接触面积，有利于提高污水/废水的处理效率，尤其是用于处理有机废水的应用中，较大的表面积更有利于有机污染物的分解。

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及用于水处理的磁性光催化复合剂及其制备方法与应用。

背景技术

随着工业的迅速发展，废水的种类及数量迅猛增加，水体污染日益广泛，严重威胁人民身体健康和生命安全。因此，治理环境水污染已成为目前亟待解决的问题。在去除水体难降解有机污染物方面，相比于传统的生物和物理化学方法，近年出现并发展起来的“环境催化水处理技术”表现出了明显优势。其中，光催化因能耗低而被公认为是“绿色催化水处理技术”。

但是，随着废水中难降解有机污染物种类与浓度的与日俱增，利用单一处理技术已经无法达到令人满意的效果。因此，组合式的水处理技术愈加受到业界重视。这些组合技术构成的混合氧化体系可能出现多种技术的“协同作用”，对目标污染物的去除率超过单独应用其中任何一种技术所得到的污染物去除率的总和。该技术的核心是对催化反应体系的研究和特定催化剂的设计、合成和应用。其中Fenton/TiO₂光催化是最常见的组合技术。但是，传统Fenton体系pH应用范围较窄，产生Fe(OH)₃铁泥、造成二次污染，·OH寿命极短(约为10^-9s)，且无选择性，所以反应较难控制。且纳米TiO₂作为一种纳米粒子其合成过程中易发生团聚，而使纳米粒子的尺寸增大，比表面积降低。同时单纯的以纳米TiO₂作为催化剂在污水处理中还存在以下问题：一是纳米TiO₂自身易团聚，使纳米TiO₂与污染物接触的概率降低，而使其利用率降低；二是纳米TiO₂粒径小，密度低，处理污水后不易从水中分离，不能进行二次利用，造成资源浪费，且对水体易造成二次污染。基于TiO₂光催化剂的研究和应用虽然已经取得较大进展，但是TiO₂光催化只能吸收波长小于380nm的紫外光，光响应范围狭窄且量子效率较低，催化剂分离回收难，以上问题严重限制了它的实际应用。

因此，目前亟需研究一种光响应范围广，容易分离回收的光催化剂，用于污水/废水处理中。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供用于水处理的磁性光催化复合剂及其制备方法与应用，该磁性光催化复合剂具有强磁性，使用后采用磁分离的方式便可分离回收，采用ZnO、Cu、ZnSe、碳纳米管协同作用使得该磁性光催化复合剂的光响应范围更广。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

本发明的一个目的在于，提供了一种用于水处理的磁性光催化复合剂，所述磁性光催化复合剂是以Fe₃O₄/ZnO/Cu复合物为核，以ZnSe为中间层，外包覆碳纳米管的核壳结构。

进一步，所述Fe₃O₄/ZnO/Cu复合物是以多孔Fe₃O₄为核，以掺铜ZnO为外壳的核壳结构。

本发明的另一个目的在于，提供了上述用于水处理的磁性光催化复合剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：