[发明专利]一种磁性介孔二氧化钛复合材料的制备方法及其应用

说明书

本发明提供一种磁性介孔二氧化钛复合材料的制备方法。本发明进一步提供一种磁性介孔二氧化钛复合材料及其在作为超声波催化剂中的用途。本发明提供的一种磁性介孔二氧化钛复合材料的制备方法及其应用，制备的复合材料具有良好的稳定性和耐久性及可回收性，解决了催化剂后续的分离收集问题，提高了催化剂的催化效率，提升了对有机污染物如五氯苯酚(PCP)和双酚A(BPA)的降解活性。

技术领域

本发明属于超声波催化剂的技术领域，涉及一种磁性介孔二氧化钛复合材料的制备方法及其应用，具体涉及一种具有介孔碳/二氧化硅骨架的磁性介孔二氧化钛(Fe₃O₄@mTiO₂@mC/SiO₂)复合材料的制备方法及其作为超声波催化剂的应用。

背景技术

利用超声波所产生的具有超强氧化性的·OH自由基等物质来还原降解人类生活中所制造的各类有机物污染物，是目前非常流行的降解方法。该种降解方法因其操作简易安全、环境友好等独特的特点而受到越来越多的关注。臭氧分解法、光解法、芬顿法和光催化氧化法等，都是近年来被广泛关注的绿色降解催化法。其中，利用超声波来降解有机污染物这种原理其实是基于声化学的发展而来的。声化学其本身是指利用超超声波加速化学反应，通过超声波形成的小泡涉及有微气泡的形核、长大和猛烈崩塌，等一系列的变化反应。这一复杂连续的反应能在极短的时间内产生高温高压，在这些形成的空化泡内产生了具有极高温度和极高压力的条件，形成了利于降解各种有机污染无的理想化反应场所。因此在提供有高温高压的条件下，水分子可以被热解生成高活性的氧化物种，如·OH、·H和·OOH，这些氧化物能够矿化有机污染物，因此达到降解有机污染物的效果。

作为超声波催化剂，考虑到决定其超声催化性能好坏的关键因素是空化气泡的数量和强度。因为这些影响因素与初始的非均相成核速率密切相关，所以我们可以通过调节该速率控制催化剂的表面的粗糙度、孔径大小、润湿性等具体特征。到目前为止，在研究润湿性和粗糙度对非均相空化成核的影响方面已经取得了大量的研究成果，但是对具有介孔结构的超声催化剂表面的孔尺寸和比表面积的影响的研究还很少。而且，纳米超声波催化剂在实际应用中存在的另一个问题是如何将它们从复杂的多相体系中分离出来进行回收。此外，超声系统中的催化剂不可避免地会受到大功率微射流的持续点蚀。因此超声波催化剂的机械稳定性也一直是一个重要的待解决的问题。因此，合理设计和合成一种同时具有高效、易分离、机械稳定性强的声催化剂是非常必要的。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种磁性介孔二氧化钛复合材料的制备方法及其应用，用于解决现有技术中一般的超声波催化剂在催化过程中受声波能力的影响机械性不稳定及催化剂不便回收的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种磁性介孔二氧化钛(Fe₃O₄@mTiO₂@mC/SiO₂)复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将含Fe₃O₄颗粒的溶液加入异丙醇钛进行保温反应，获得Fe₃O₄@TiO₂产物；

2)将Fe₃O₄@TiO₂产物进行超声，获得Fe₃O₄@mTiO₂产物加入十六烷基三甲基溴化铵、水、氨水，以提供含Fe₃O₄@mTiO₂的溶液；

3)将含Fe₃O₄@mTiO₂的溶液加入环己烷和正硅酸乙酯，形成的油水两液相混合溶液进行加热反应，获得Fe₃O₄@mTiO₂@CTAB/SiO₂产物；