磁性二維光催化功能材料的制備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明介紹了兩種新穎結(jié)構(gòu)的可有效回收的光催化劑的制備方法，屬于新材料制備技術(shù)應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]由于人們對(duì)工業(yè)高度發(fā)達(dá)的負(fù)面影響預(yù)料不夠，預(yù)防不利，導(dǎo)致了環(huán)境污染的發(fā)生。環(huán)境污染問(wèn)題也成了人們巨大的威脅并是人類不可回避的難題，其中特別值得一提的是水體因工業(yè)生產(chǎn)排出的化學(xué)或放射性物質(zhì)污染，影響水的有效利用，最終危害人體健康。因而染料廢水的處理亟待有效的方法來(lái)解決。目前，光催化技術(shù)在能源和環(huán)境領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景，其具有的能耗低、操作流程簡(jiǎn)易和反應(yīng)條件溫和等優(yōu)勢(shì)引起人們極大的關(guān)注。
[0003]具有二維結(jié)構(gòu)的二硫化鉬因其優(yōu)良的性能在光電轉(zhuǎn)化及催化等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。二硫化鉬具有很高的不飽和性、高反應(yīng)活性、催化降解速度快、無(wú)選擇性、降解完全、可以長(zhǎng)期使用等優(yōu)點(diǎn)，備受科研工作者們的青睞。因而，在環(huán)境污染治理方面具有廣闊的應(yīng)用前途。
[0004]四氧化三鐵是一種常用的磁性強(qiáng)，磁敏感度強(qiáng)的磁性材料。磁分離方法因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、處理快速、投資小、磁性種子可重復(fù)使用的特性而在光催化技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用?；谏鲜鰧?duì)光催化材料的了解，我們?cè)O(shè)計(jì)了不同形貌的二維材料光催化產(chǎn)品，同時(shí)，可磁分離的技術(shù)的引入更為光催化劑的應(yīng)用增添了光輝的一筆。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:利用水熱法制備出具有超強(qiáng)磁性、不同形貌、可循環(huán)利用的光催化納米功能材料。
[0006]本發(fā)明所述的不同形貌光催化納米功能材料的制備方法，其步驟如下:
[0007](I)、Fe3O4微球顆粒的制備，將含鐵化合物(可以是FeCO 3、Fe2O3、FeS、Fe (OH) 3、單質(zhì)Fe、FeCl2' FeCl3' FeSO4' Fe (NO3)2)溶于水(體積可以是10?500mL)中，混合均勻后，轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯高壓反應(yīng)，在150?500°C溫度下反應(yīng)2?45h，自然冷卻，乙醇洗滌3?5次，用磁鐵收集目標(biāo)產(chǎn)物，在電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)干燥。即可制備出形貌均一的褐色Fe3O4微球，尺寸在20?6000nm間。產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)信息如圖1。
[0008](2)、Fe304/Ti0jj球顆粒的制備，配制50?500mL乙醇和乙腈的混合液(體積比例為1:15?15:1)，加入0.1?5mL的去離子水、濃氨水(0.1?1mL,質(zhì)量分?jǐn)?shù)25 %?28% )及(I)中產(chǎn)物(質(zhì)量可以是I?200mg)，混合均勻后加入鈦源(體積0.1?8mL，可以是 TiF4' TiN, TiC, TiCl4' TiCl3' FeTi03、鈦酸四丁酯(TBOT)、鈦酸異丙酯(Ti (0_iPr)4)、Ti (SO4) 2)，攪拌10?90min，得到灰色？6304/1102沉淀，無(wú)水乙醇洗滌3?5次，用磁鐵收集目標(biāo)產(chǎn)物，在電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)干燥。即可得到灰色？404/1102粉末(球形形貌、尺寸在20-6000nm,如圖2所示)。
[0009](3)、？6304/1102/^032復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備，鉬族無(wú)機(jī)化合物(摩爾量0.1?8mol，可以是Na2MoO4' (NH4)2MoS4' Mo單質(zhì)、MoS3' MoO3)、含硫小分子(可以是硫脲(CH4N2S)，尿素(CO(NH2)2)、KSCN、S單質(zhì)、Na2S、H2S)和(2)中產(chǎn)物溶于5?200mL高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑中(沸程在100°C _500°C之間，可以是二甲基甲酰胺(DMF)，二甲基亞砜(DMSO)，N_甲基吡咯烷酮(NMP)、油酸、油胺、液體石蠟，煤油)，超聲混合，轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯高壓反應(yīng)釜中反應(yīng)，在100°C?300°C溫度下反應(yīng)5?72h，自然冷卻，無(wú)水乙醇洗滌3?5次，用磁鐵收集目標(biāo)產(chǎn)物，在電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)干燥，所得產(chǎn)物形貌規(guī)整，尺寸在20?6000nm間，結(jié)構(gòu)特征如圖3所示。
[0010]本發(fā)明所得到的光催化納米功能材料在可見(jiàn)光(420?SOOnm)下能夠降解含多種有機(jī)染料的廢液并能夠使其完全降解(如圖4所示)。該納米材料也可用于其它染料的降解且能夠表現(xiàn)出非常好的降解作用。
[0011]本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于:
[0012]1.原料廉價(jià)，合成工藝簡(jiǎn)單，便于回收并可多次循環(huán)使用，為工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
[0013]2.目標(biāo)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)新穎獨(dú)特，比表面積大，反應(yīng)活性高，具有高效催化性能。因具有磁性，可有效回收，大大降低了使用的成本。
[0014]3.該目標(biāo)產(chǎn)物不僅對(duì)一種染料有催化效果，對(duì)其它的多種染料都具有較高的催化活性，是一種性質(zhì)優(yōu)良的可見(jiàn)光催化劑，對(duì)于染料廢水的處理具有巨大應(yīng)用潛力。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1.Fe3O4微米顆粒的透射電子顯微鏡影像照片。
[0016]圖2.Fe3O4Zt12微米顆粒的透射電子顯微鏡影像照片。
[0017]圖3.(a)本發(fā)明所制得的Fe304/Ti02/MoS2的透射電子顯微鏡影像圖。
[0018]圖3.(b)本發(fā)明所制得的？6304/1102/^052被磁鐵有效吸附收集。
[0019]圖4.(a)本發(fā)明在可見(jiàn)光下催化降解羅丹明B的紫外可見(jiàn)光譜圖。實(shí)例3。
[0020]圖4.(b)在可見(jiàn)光下催化降解亞甲基藍(lán)的紫外可見(jiàn)光譜圖。實(shí)例4。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明將根據(jù)以下非限制性實(shí)施方案，進(jìn)一步加以描述說(shuō)明。
[0022](一 )本發(fā)明制備方法
[0023]實(shí)施例1
[0024](I)、將500mg FeCl3溶于10mL水，混合均勻后，轉(zhuǎn)移到50mL聚四氟乙烯高壓反應(yīng)釜中，在150°C條件下反應(yīng)24h，自然冷卻，用磁鐵收集目標(biāo)產(chǎn)物，在電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)干燥，即可制備出形貌均一的褐色Fe3O4微球。
[0025](2)、配制乙醇和乙腈的混合液150!^，其體積比為7:2，加入去離子水0.5mL、濃氨水0.4mL以及Fe3O40.5g，機(jī)械攪拌1min后加入3mL鈦酸四丁酯，攪拌6h，得到灰色Fe3O4/T12沉淀。無(wú)水乙醇洗3?5次，用磁鐵收集目標(biāo)產(chǎn)物，在電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)干燥，SP可得到Fe304/Ti02微球顆粒。
[0026](3)、50mg (NH4)2MoS4作為鉬源，200mg CH4N2S (硫脲)作為硫源，溶于 30mL N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，超聲10min,加入50mg(2)中產(chǎn)物，轉(zhuǎn)移到50mL聚四氟乙烯高壓反應(yīng)釜中，在200°C條件下反應(yīng)14h，自然冷卻，用磁鐵收集目標(biāo)產(chǎn)物，在電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)干fe，即得Fe304/Ti02/MoS2屋合結(jié)構(gòu)。