一种大尺寸高孔隙率Fe掺杂光催化磁性多孔微球的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种大尺寸高孔隙率Fe掺杂光催化磁性多孔微球的制备方法及其应用，属于材料制备技术领域。本发明专利技术先将可溶性高分子用蒸馏水溶解得到溶液A，然后将光催化剂与溶液A中混合后得到悬浊液B，再将饱和可溶性铁盐溶液与悬浊液B混合，后得到悬浊液C；用合适大小的注射器将悬浊液C逐滴滴加到高浓度碱液中生成微球颗粒，滴加完毕后，陈化、干燥，最后将微球在600～1100℃条件下煅烧，冷却后得到本发明专利技术的大尺寸高孔隙率Fe掺杂光催化磁性多孔微球。本发明专利技术制得的多孔微球不仅能实现催化剂的高效回收，而且其多孔结构有利于大分子反应物在催化剂表面和体相间的扩散和传质，增强催化剂的降解活性，因此在光催化领域有广泛的应用前景。

Preparation and application of large size and high porosity Fe doped photocatalytic magnetic porous microspheres

The invention relates to a preparation method and application of large-size Fe-doped photocatalytic magnetic porous microspheres with high porosity, belonging to the technical field of material preparation. Solution A is obtained by dissolving soluble polymer in distilled water, then suspension B is obtained by mixing photocatalyst with solution A, then saturated soluble ferric salt solution is mixed with suspension B to obtain suspension C, and suspension C is produced by dropping suspension C into high concentration alkali solution with a suitable size syringe. After dropping, the microspheres are aged and dried. Finally, the microspheres are calcined at 600 ~ 1100 C. After cooling, the large size and high porosity Fe-doped photocatalytic magnetic porous microspheres of the invention are obtained. The porous microspheres prepared by the invention can not only realize the efficient recovery of the catalyst, but also facilitate the diffusion and mass transfer of macromolecule reactants between the catalyst surface and the bulk phase, and enhance the degradation activity of the catalyst. Therefore, the porous microspheres have wide application prospects in the field of photocatalysis.

【技术实现步骤摘要】
一种大尺寸高孔隙率Fe掺杂光催化磁性多孔微球的制备方法及其应用
本专利技术属于材料制备
，具体涉及一种光催化材料的制备方法及其应用，更具地说，本专利技术涉及一种大尺寸高孔隙率Fe掺杂光催化磁性多孔微球的制备方法及其应用。
技术介绍
作为未来解决环境问题的一种重要手段，光催化技术是当前国内外化学与环境领域的研究热点。利用光催化技术不仅可降解和矿化水与空气中各种难降解的持久有毒有机污染物，还可以抗菌除臭以及处理废水中的Hg2+、Ag+、Cr6+等重金属离子。多年来，国内外众多学者围绕着先进光催化材料的制备与改性开展了大量研究工作，并取得了较大进展。然而，目前光催化材料距离其商业化应用仍存在诸多障碍。一方面，较低的可见光利用率和较高的光生电子—空穴复合率导致催化剂的活性较差。研究表明，掺杂具有多能级结构的过渡金属元素能在材料中引入缺陷，使之成为光生电子—空穴的浅势捕获阱，降低光生电子—空穴的复合率，从而可以有效改善材料的催化性能。在众多过渡金属掺杂剂中，Fe被认为是掺杂效果最好的元素之一。作为在地壳中含量排名第二位的金属元素，Fe元素不仅廉价易得，其化合物通常无毒、无污染，是环境友好材料。以Fe掺杂TiO2光催化剂为例，由于Fe3+离子半径与Ti4+的离子半径非常接近，因此Fe3+可以较为顺畅的进入到晶格中形成捕获中心，可同时捕获光生电子与空穴。其中，Fe3+/Fe2+的电位位于TiO2导带之下，为被光子激发跃迁到导带的电子提供了传输路径；Fe4+/Fe3+的电位位于TiO2价带之上，易于吸引聚集在价带的空穴，从而有效抑制电子—空穴的复合。此外，Fe掺杂还可引入杂质能级，提高TiO2对可见光的响应能力。另一方面，纳米尺度的光催化剂虽然具有较多的表面活性位点，有助于改善其催化活性，然而，随着光催化材料向纳米尺度发展，传统的分离手段如离心、过滤等很难将其从反应体系中有效分离出来；目前，主要是通过构筑磁核结构并利用外加磁场实现催化剂纳米晶的快速回收。但这种方法的主要问题是磁核尺寸太小，磁性太弱，无法显著改善催化剂的回收效率。
技术实现思路
本专利技术针对
技术介绍
中所指出的问题及现有技术存在的不足，目的在于提供一种大尺寸高孔隙率Fe掺杂光催化磁性多孔微球的制备方法及其应用。采用本专利技术方法制得的大尺寸多孔微球不仅能实现催化剂的高效回收，而且其多孔结构有利于大分子反应物在催化剂表面和体相间的扩散和传质，可以为催化剂提供大的比表面积，使得催化剂拥有更多的反应活性位点，从而有效增强催化剂的降解活性，因此在光催化领域有广泛的应用前景。为了实现本专利技术的上述的第一个目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术的一种大尺寸高孔隙率Fe掺杂光催化磁性多孔微球的制备方法，所述方法包含如下步骤：首先，将可溶性高分子用蒸馏水溶解得到浓度为0.5wt％～1.5wt％的溶液A，然后将光催化剂加入到所述溶液A中，混合搅拌均匀后得到悬浊液B，再将饱和可溶性铁盐溶液与所述悬浊液B混合，搅拌均匀后得到悬浊液C；采用合适针头大小的注射器将所述悬浊液C逐滴滴加到高浓度碱液中生成微球颗粒，滴加完毕后，陈化、干燥，最后将干燥后的微球在600～1100℃条件下煅烧30～120min，冷却后即得到本专利技术所述的大尺寸高孔隙率Fe掺杂光催化磁性多孔微球。进一步地，上述技术方案中所述的可溶性高分子优选为田菁粉、羧甲基纤维素、瓜尔豆胶中的任一种。进一步地，上述技术方案中所述的光催化剂优选为二氧化钛、镧钛酸钾、钛酸锶或氧化锌中的任一种。进一步地，上述技术方案中所述悬浊液B的固含量为35wt％～65wt％。进一步地，上述技术方案中所述的可溶性铁盐优选为氯化铁或硝酸铁中的任一种。进一步地，上述技术方案所述的铁盐溶液中Fe3+离子与光催化剂的摩尔比优选为15～45：100。进一步地，上述技术方案中所述的碱液优选为浓氨水、尿素饱和溶液、六次甲基四胺饱和溶液中的任一种。进一步地，上述技术方案中所述陈化时间优选为30～120min，干燥温度优选为60～80℃。上述所述的注射器针头大小可根据成球颗粒大小进行选择调整。本专利技术的另一目的在于提供采用上述方法制得的大尺寸高孔隙率Fe掺杂光催化磁性多孔微球的应用，所述光催化磁性多孔微球可用于催化降解有机染料。进一步地，上述技术方案中所述的有机染料优选为亚甲基蓝染料。本专利技术的原理在于：一方面，基于表面张力原理，悬浊液C中的可溶性高分子使液滴在碱液中形成球状；另一方面，该球状液滴表面的Fe3+与碱液中的OH-迅速发生沉淀反应，从而使球状液滴表面迅速固化，一定时间陈化后完全固化。此外，在高温煅烧过程中，可溶性高分子热分解形成还原性气氛，使部分Fe3+还原成Fe2+获得磁性Fe3O4。与现有技术相比，本专利技术的制备方法具有如下有益效果：(1)本专利技术的制备方法，能够一步法同时实现光催化剂微球的掺杂与磁性制备，其原位生成的Fe3O4不仅可以使催化剂在外磁场的作用下得到高效回收，而且Fe掺杂能进一步改善催化剂的催化性能。该方法工艺简单，无需气氛保护，重现性好，不仅价格低廉、环境友好，且能得到多种粒径范围的磁性微球；(2)本专利技术制得的大尺寸多孔微球不仅能实现催化剂的高效回收，而且其多孔结构有利于大分子反应物在催化剂表面和体相间的扩散和传质，可以为催化剂提供大的比表面积，使得催化剂拥有更多的反应活性位点，从而有效增强催化剂的降解活性，因此在光催化领域有广泛的应用前景。附图说明图1为本专利技术所述大尺寸高孔隙率Fe掺杂光催化磁性多孔微球的制备工艺流程图；图2为本专利技术所述大尺寸高孔隙率Fe掺杂光催化磁性多孔微球制备工艺中涉及的具体滴定成球过程示意图；图3为本专利技术实施例1制得的大尺寸高孔隙率Fe掺杂光催化磁性多孔微球的扫描电镜图片；图4为本专利技术实施例1制得的大尺寸高孔隙率Fe掺杂光催化磁性多孔微球的XRD图谱；图5为本专利技术实施例1制得的大尺寸高孔隙率Fe掺杂光催化磁性多孔微球首次用于催化降解亚甲基蓝染料时的降解率随时间的变化曲线图；图6为本专利技术实施例1制得的大尺寸高孔隙率Fe掺杂光催化磁性多孔微球多次重复用于催化降解亚甲基蓝染料的降解率对比图；具体实施方式下面对本专利技术的实施案例作详细说明。本实施案例在本专利技术技术方案的前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施案例。根据本申请包含的信息，对于本领域技术人员来说可以轻而易举地对本专利技术的精确描述进行各种改变，而不会偏离所附权利要求的精神和范围。应该理解，本专利技术的范围不局限于所限定的过程、性质或组分，因为这些实施方案以及其他的描述仅仅是为了示意性说明本专利技术的特定方面。实际上，本领域或相关领域的技术人员明显能够对本专利技术实施方式作出的各种改变都涵盖在所附权利要求的范围内。为了更好地理解本专利技术而不是限制本专利技术的范围，在本申请中所用的表示用量、百分比的所有数字、以及其他数值，在所有情况下都应理解为以词语“大约”所修饰。因此，除非特别说明，否则在说明书和所附权利要求书中所列出的数字参数都是近似值，其可能会根据试图获得的理想性质的不同而加以改变。各个数字参数至少应被看作是根据所报告的有效数字和通过常规的四舍五入方法而获得的。实施例1本实施例的一种大尺寸高孔隙率Fe掺杂光催化磁性多孔微球的制备方法，所述方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大尺寸高孔隙率Fe掺杂光催化磁性多孔微球的制备方法，其特征在于：所述方法包含如下步骤：首先，将可溶性高分子用蒸馏水溶解得到浓度为0.5wt％～1.5wt％的溶液A，然后将光催化剂加入到所述溶液A中，混合搅拌均匀后得到悬浊液B，再将饱和可溶性铁盐溶液与所述悬浊液B混合，搅拌均匀后得到悬浊液C；采用合适针头大小的注射器将所述悬浊液C逐滴滴加到高浓度碱液中生成微球颗粒，滴加完毕后，陈化、干燥，最后将干燥后的微球在600～1100℃条件下煅烧30～120min，冷却后即得到本专利技术所述的大尺寸高孔隙率Fe掺杂光催化磁性多孔微球。

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸高孔隙率Fe掺杂光催化磁性多孔微球的制备方法，其特征在于：所述方法包含如下步骤：首先，将可溶性高分子用蒸馏水溶解得到浓度为0.5wt％～1.5wt％的溶液A，然后将光催化剂加入到所述溶液A中，混合搅拌均匀后得到悬浊液B，再将饱和可溶性铁盐溶液与所述悬浊液B混合，搅拌均匀后得到悬浊液C；采用合适针头大小的注射器将所述悬浊液C逐滴滴加到高浓度碱液中生成微球颗粒，滴加完毕后，陈化、干燥，最后将干燥后的微球在600～1100℃条件下煅烧30～120min，冷却后即得到本发明所述的大尺寸高孔隙率Fe掺杂光催化磁性多孔微球。2.根据权利要求1所述的大尺寸高孔隙率Fe掺杂光催化磁性多孔微球的制备方法，其特征在于：所述的可溶性高分子为田菁粉、羧甲基纤维素、瓜尔豆胶中的任一种。3.根据权利要求1或2所述的大尺寸高孔隙率Fe掺杂光催化磁性多孔微球的制备方法，其特征在于：所述的光催化剂为二氧化钛、镧钛酸钾、钛酸锶或氧化锌中的任一种。4.根据权利要求1所述的大尺寸高孔隙率Fe掺杂光催化磁性多孔微球的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋鸿辉，梁彤祥，邓义群，杨辉，漆小鹏，甄卓武，沈文煜，鲁涛，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：江西,36