[发明专利]一种可磁分离的复合光催化剂BiOBr/CoFe2

说明书

本发明公开了一种可磁分离的复合光催化剂，所述复合光催化剂的结构包括BiOBr纳米片，以及负载于所述BiOBr纳米片上粒径大小均一的CoFe₂O₄纳米粒子，二者之间的紧密结合增强了对可见光的响应，加快了光生电子的传输速率，抑制了电子‑空穴对的复合，从而赋予了光催化剂很高的催化活性和很好的稳定性，短时间内几乎可以使罗丹明B染料完全降解。本发明还公开了该复合光催化剂的制备方法，其反应条件温和，制备过程简单，生产成本低廉且以水为溶剂对环境友好，符合当代社会发展对生态环境的需求，有利于环境和能源的可持续发展。本发明所述的复合光催化剂在工业印染废水的处理方面具有很强的实用性和广阔的应用前景，可实现工业化大规模应用。

技术领域

本发明涉及光催化技术领域。更具体地，涉及一种可磁分离的复合光催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，由于能源短缺和环境污染问题日益突出，因此，人们一直致力于开发新的清洁可再生替代能源，其中半导体光催化作为一种新型的“绿色技术”，因其具有操作简单、反应条件温和、能耗低以及二次污染少等优点，在环境治理方面备受青睐，更为重要的是，该技术可直接利用太阳能将环境中的污染物降解为无害的物质进而解决当前人类所面临的能源短缺和环境污染两大难题。然而，要实现这个过程关键在于寻找和设计新型高效的半导体光催化剂。

在众多的半导体光催化剂中，BiOBr因其具有独特的性质而被广泛关注，但是，传统的BiOBr光催化剂通常存在量子效率低、禁带宽度与太阳光谱失配、光生载流子易复合以及催化剂回收困难等问题，致使其实际应用受限，由此，对BiOBr进行修饰或改性是获得高可见光活性光催化剂的重要方法。CoFe₂O₄作为一种尖晶石型铁氧体材料，兼具磁性和光催化活性，将其与能带匹配的半导体光催化剂复合不仅能够获得高活性的光催化剂，而且实现了光催化剂的磁分离。到目前为止，关于复合光催化材料BiOBr/CoFe₂O₄的报道极少。

发明内容

基于以上事实，本发明的第一个目的在于提供一种可磁分离的复合光催化剂BiOBr/CoFe₂O₄，该复合光催化剂在罗丹明B的光降解反应中具有很高的催化活性、很好的稳定性以及可磁分离性。

本发明的第二个目的在于提供一种可磁分离的复合光催化剂的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供一种可磁分离的复合光催化剂的应用。

为达到上述第一个目的，本发明采用如下技术方案：

一种可磁分离的复合光催化剂，所述复合光催化剂的结构包括BiOBr纳米片，以及负载于所述BiOBr纳米片上粒径大小均一的CoFe₂O₄纳米粒子。

该技术方案中，通过CoFe₂O₄纳米粒子对BiOBr纳米片表面进行修饰进而改变了光催化剂的禁带宽度，增强了对可见光的响应，促进了光生电子和空穴的分离，从而使得光催化性能得以改善。与BiOBr和CoFe₂O₄单体相比，该特定形貌的复合材料BiOBr/CoFe₂O₄作为光催化剂对罗丹明B的降解率有了很大的提升，在可见光作用下短时间内几乎可以使罗丹明B完全降解。此外，复合光催化剂BiOBr/CoFe₂O₄还具有很好的稳定性和很高的磁响应性，在外加磁场的作用下可方便地将光催化剂从反应体系中快速分离出来以备重复使用，重复使用6次后活性依然很高，对罗丹明B的降解率仍可达到91％以上。

进一步地，所述复合光催化剂中，CoFe₂O₄纳米粒子的质量百分含量为5-15％。此范围内，粒径大小均一的CoFe₂O₄纳米粒子可均匀并紧密地负载于BiOBr纳米片上。