[发明专利]制备TiO2/PS/Fe3O4磁性纳米粒子光催化剂的方法

摘要

本发明涉及一种制备TiO2/PS/Fe3O4磁性纳米粒子光催化剂的方法，该方法包括以下步骤：(1)制备油酸修饰的Fe3O4纳米粒子；(2)制备水相磁流体；(3)制备苯乙烯细乳液；(4)制备磁性聚苯乙烯珠PS/Fe3O4；(5)磁性光催化剂TiO2/PS/Fe3O4的制备：将无水乙醇与钛酸四正丁酯混合，并经磁力搅拌形成溶液A；将磁性聚苯乙烯珠PS/Fe3O4加入到去离子水中，经超声形成溶液B；在磁力搅拌下，将溶液A加入到溶液B中，30～40min后得到溶胶，此时TiO2包覆在PS/Fe3O4上；溶胶在水浴下冷凝回流后，经抽滤得到TiO2/PS/Fe3O4，该TiO2/PS/Fe3O4经乙醇洗涤、抽滤、蒸馏水洗涤、抽滤，得到固体，该固体经烘干至恒重后，即得以聚苯乙烯PS为隔离层、Fe3O4为磁核、TiO2为壳的磁性光催化剂TiO2/PS/Fe3O4。本发明所得产物具有低能耗、高催化活性、可回收重复使用的特性。

主权项

制备TiO2/PS/Fe3O4磁性纳米粒子光催化剂的方法，包括以下步骤：(1)油酸修饰的Fe3O4纳米粒子的制备：在N2保护下，将FeCl3·6H2O和FeCl2·4H2O溶于去离子水中，在25～30℃条件下搅拌均匀后，加入NH3·H2O，并将油酸加入到反应体系中，反应完毕，得到悬浮产物；其中所述FeCl3·6H2O与所述去离子水的物质的量比为2～3∶100～200，所述FeCl2·4H2O与所述去离子水的物质的量比为3～4∶100～200，所述NH3·H2O与所述去离子水的体积比为3～4∶6～8，所述油酸与所述去离子水的质量比为1∶150～300；所述悬浮产物加热到60～80℃并保持25～35min，随后将反应温度升高到90～95℃，蒸发水和过量的氨水，得到黑色沉淀物；所述黑色沉淀物经抽滤、自然冷却至室温后用乙醇洗涤3～4次并抽滤，之后再用蒸馏水洗涤3～4次并抽滤，以除去表面的离子，最终得到Fe3O4；所述Fe3O4在75～85℃温度下烘干，经粉磨、过300目筛后，即可得到油酸修饰的Fe3O4纳米粒子；(2)水相磁流体的制备：将所述油酸修饰的Fe3O4纳米粒子溶于辛烷中，然后加入十二烷基硫酸钠溶液中，搅拌1～2小时后，得到混合液；所述混合液在冰水浴中超声振荡5～10min后在75～85℃温度下蒸发辛烷，每隔30min加入2mL H2O，8～10h后即得稳定的水相磁流体；其中所述油酸修饰的Fe3O4纳米粒子与所述辛烷的质量比为1∶10～15；所述十二烷基硫酸钠溶液与所述油酸修饰的Fe3O4纳米粒子的质量比为1∶0.5～1；(3)苯乙烯细乳液的制备：首先将处理过的苯乙烯单体St与十六烷混合，然后加到十二烷基硫酸钠溶液中搅拌1～2小时后，得到混合液；所述混合液在冰水浴中超声振荡5～10min后，即得苯乙烯细乳液；其中所述处理过的苯乙烯单体St与所述十六烷的体积比为1∶0.2～0.3；(4)磁性聚苯乙烯珠PS/Fe3O4的制备：将所述苯乙烯细乳液和所述水相磁流体混合后，在冰水浴中超声振荡5～10min；然后将混合液放入恒温水浴锅中，在75～85℃温度下进行聚合反应；反应后立即在所述混合液中加入过硫酸钾溶液，30～40min后，将丙烯酸加入 到反应体系中，经搅拌回流22～25h后，得到磁性聚苯乙烯微球；最后所述磁性聚苯乙烯微球依次用无水乙醇和H2O洗涤多次后，在75～85℃温度下烘干，经研磨过100～300目筛，即得磁性聚苯乙烯珠PS/Fe3O4；所述苯乙烯细乳液中苯乙烯与所述水相的Fe3O4中Fe3O4的摩尔比为4∶1～1.25∶1；所述苯乙烯细乳液与所述过硫酸钾溶液的体积比为1∶0.5～1；所述苯乙烯细乳液与所述丙烯酸的体积比为1∶0.5～0.8；(5)磁性光催化剂TiO2/PS/Fe3O4的制备：将无水乙醇与钛酸四正丁酯混合，并以800～1000rpm的速率磁力搅拌30～40min后形成溶液A；将所述磁性聚苯乙烯珠PS/Fe3O4加入到去离子水中，在功率为400～500W的条件下超声30～40min，形成溶液B；以800～1000rpm的速率在磁力搅拌下，将所述溶液A加入到所述溶液B中，30～40min后得到溶胶，此时TiO2包覆在PS/Fe3O4上；所述溶胶在85～95℃水浴下冷凝回流6～8h后，经抽滤得到TiO2/PS/Fe3O4，该TiO2/PS/Fe3O4先用乙醇洗涤3～4次，之后依次经抽滤、蒸馏水洗涤3～4次，再次抽滤，得到固体，该固体在75～85℃下烘干至恒重后，即得以聚苯乙烯PS为隔离层、Fe3O4为磁核、TiO2为壳的磁性光催化剂TiO2/PS/Fe3O4；其中所述无水乙醇与所述钛酸四正丁酯的体积比为10～5∶2～1；所述磁性聚苯乙烯珠与所述去离子水的质量比为1～3∶50～150。