一种磁性TiO2(R)复合光催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磁性TiO2(R)复合材料及其制备方法和应用。该磁性复合光催化剂由金红石相TiO2（TiO2(R)）包覆γ‑Fe2O3/FeTiO3表面，并有少量的碳（C）分散于材料中。其制备方法包括，首先采用水热法制得MIL‑88A，接着在其表面包覆聚丙烯酸（PAA）后与二氧化钛前驱体复合，最后在惰性气氛下高温煅烧获得磁性复合光催化剂。本发明专利技术的磁性复合光催化剂可应用于光催化降解罗丹明B（RhB）废水，具有形貌结构独特、粒径均匀、磁回收性能优异、光催化性能稳定且对RhB降解效率高的优点。

A magnetic titanium dioxide (R) composite photocatalyst and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种磁性TiO2(R)复合光催化剂及其制备方法
本专利技术属于环境光催化材料制备
，具体涉及一种磁性TiO2(R)复合光催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
TiO2是目前研究最广泛的，最典型的光催化材料，在紫外光照射条件下具有优异的光催化降解有机物的性能，已经被广泛的应用。纳米TiO2虽然光催化活性好，但是考虑到其分离沉降性能较差的问题，研究者们提出了让TiO2与磁性材料复合的方法来制备磁性TiO2复合光催化剂以实现光催化剂的简单分离回收利用。目前，常见报道的磁性TiO2复合光催化剂主要是通过将锐钛矿相TiO2（TiO2(A)）分散于Fe3O4或者γ-Fe2O3等磁性粒子上获得，然而在该类磁性TiO2复合光催化剂的制备与应用中存在三大问题：一是磁性粒子在与TiO2复合过程中容易发生团聚，难以获得粒径均匀的磁性复合光催化剂；二是磁基体的热稳定性差，在热处理中难以保持磁性；三是Fe容易成为电子和空穴的复合中心，形成“光溶解”现象，从而使得对水中污染物的降解效果不佳。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种形貌结构独特、粒径均匀、磁回收性能优异、光催化性能稳定且对RhB降解效率高的磁性复合光催化剂及其制备方法和应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种磁性TiO2(R)复合光催化剂，所述磁性复合光催化剂由金红石相TiO2（TiO2(R)）、碳（C）、FeTiO3/γ-Fe2O3复合而成的，所述的TiO2(R)包覆于γ-Fe2O3/FeTiO3表面，所述的C分散于材料中。一种磁性TiO2(R)复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）MIL-88A的制备称取1.2626gFeCl3·6H2O于100mL烧杯中，加入40mL蒸馏水，搅拌至溶解；然后称取0.9296g反丁烯二酸加入到FeCl3水溶液中，搅拌1h后转移入100mL反应釜中，65℃下反应6~24h；待温度降至室温后，将得到的晶体过滤出来，用乙醇和蒸馏水交替清洗3~5次并干燥，得到MIL-88A。（2）磁性TiO2(R)复合光催化剂的制备称取0.4gMIL-88A于500mL烧杯中，加入60mL蒸馏水，超声1h，在搅拌状态下往烧杯中先后加入960μL聚丙烯酸（PAA）水溶液和1440μLNH3·H2O（2mol/L），继续搅拌30min，加入160mL异丙醇，再搅拌30min，往烧杯中先加入720μLNH3·H2O（25%-28%），接着滴加7.2mL钛酸丁酯（TBOT）的异丙醇混合液（TBOT:IPA=1:2），搅拌反应12h，最后在60℃下真空干燥48h后研磨获得磁性复合光催化剂的前驱体。取0.3g前驱体于陶瓷舟中，置于管式炉中，在惰性气氛中以5℃/min的升温速率升温至700℃煅烧一段时间后，自然降温至室温，取出陶瓷舟，获得磁性TiO2(R)复合光催化剂。上述的磁性复合光催化剂的制备方法中，步骤（2）中所述的PAA水溶液的浓度范围为0.1~0.2g/mL；所述的惰性气氛为氮气；所述的700℃下煅烧的时间为3~7h。上述制备方法制得的磁性复合光催化剂。上述磁性复合光催化剂紫外光光催化降解罗丹明B（RhB）的应用。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：（1）本专利技术制得的磁性TiO2(R)复合光催化剂，由金红石相TiO2（TiO2(R)）、碳（C）、FeTiO3/γ-Fe2O3复合而成的，所述的TiO2(R)包覆于γ-Fe2O3/FeTiO3表面，所述的C分散于材料中，形貌结构独特。（2）本专利技术中以金属有机骨架材料MIL-88A中的Fe金属中心作为生成磁性粒子γ-Fe2O3的Fe来源，由于MIL-88A骨架中Fe金属分布的均匀性及骨架对Fe的固定作用，使得生成的磁性粒子FeTiO3/γ-Fe2O3具有非常均匀的结构，而且磁性粒子不容易发生团聚，从而最终得到的磁性复合光催化剂颗粒均匀，分散性好，具有磁响应，可在磁场作用下实现简单分离回收再利用。（3）本专利技术的磁性TiO2(R)复合光催化剂，其表面存在较多的Ti3+缺陷，这有利于光生电子与光生空穴的分离，可提高光催化性能；TiO2(R)对磁性粒子FeTiO3/γ-Fe2O3的良好包裹抑制了光生电子与光生空穴的复合，避免了“光溶解”现象的发生，可提高光催化性能；样品中含有的碳有部分为石墨化碳，该石墨化碳的存在能够减小催化剂的带隙值，提高金红石相TiO2的光利用率，并且可有效快速的分离光生电子空穴对，提高光催化性能。因此获得的磁性TiO2(R)复合光催化剂对RhB降解效率高且光催化性能稳定。附图说明图1为本专利技术制备的磁性TiO2(R)复合光催化剂的XRD图；图2为本专利技术实施例1制备的磁性TiO2(R)复合光催化剂的TEM图和mapping图；图3为本专利技术实施例1制备的磁性TiO2(R)复合光催化剂的XPS图；图4为本专利技术实施例1制备的磁性TiO2(R)复合光催化剂的Raman图；图5为本专利技术实施例1制备的磁性TiO2(R)复合光催化剂的磁性能图和分离效果图；图6为本专利技术制备的磁性TiO2(R)复合光催化剂对RhB的光催化降解效果图；图7为本专利技术实施例1制备的磁性TiO2(R)复合光催化剂对RhB的光催化降解五次循环使用效果图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明。实施例1本实施例提供的一种磁性TiO2(R)复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：（1）MIL-88A的制备称取1.2626gFeCl3·6H2O于100mL烧杯中，加入40mL蒸馏水，搅拌至溶解；然后称取0.9296g反丁烯二酸加入到FeCl3水溶液中，搅拌1h后转移入100mL反应釜中，65℃下反应12h；待温度降至室温后，将得到的晶体过滤出来，用乙醇和蒸馏水交替清洗3~5次并干燥，得到MIL-88A。（2）磁性TiO2(R)复合光催化剂的制备称取0.4gMIL-88A于500mL烧杯中，加入60mL蒸馏水，超声1h，在搅拌状态下往烧杯中先后加入960μL浓度为0.1g/mL的聚丙烯酸（PAA）水溶液和1440μLNH3·H2O（2mol/L），继续搅拌30min，加入160mL异丙醇，再搅拌30min，往烧杯中先加入720μLNH3·H2O（25%-28%），接着滴加7.2mL钛酸丁酯（TBOT）的异丙醇混合液（TBOT:IPA=1:2），搅拌反应12h，最后在60℃下真空干燥48h后研磨获得磁性复合光催化剂的前驱体。取0.3g前驱体于陶瓷舟中，置于管式炉中，在氮气气氛中以5℃/min的升温速率升温至700℃5h后，自然降温至室温，取出陶瓷舟，获得磁性TiO2(R)复合光催化剂。实施例2本实施例提供的一种磁性TiO2(R)复合光催化剂的制备方法，与实施例1的区别之处在于：步骤（2）中所述的PAA的浓度为0.2g/mL。实施例3本实施例提供的一种磁性TiO2(R)复合光催化剂的制备方法，与实施例1的区别之处在于：步骤（2）中所述前驱体煅烧时间是3h。实施例4本实施例提供的一种磁性TiO2(R)复合光催化剂的制备方法，与实施例1的区别之处在于：步骤（2）中所述前驱体煅烧时间是4h。实施例5本实施例提供的一种磁性TiO2(R)复合光催化剂的制备方法，与实施例1的区别之处在于：步骤（2）中所述前驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性TiO2(R)复合材料，其特征在于：由TiO2(R)、C、FeTiO3/

【技术特征摘要】
1.一种磁性TiO2(R)复合材料，其特征在于：由TiO2(R)、C、FeTiO3/γ-Fe2O3组成；所述的TiO2(R)包覆于γ-Fe2O3/FeTiO3表面，所述的C分散于复合材料中。2.一种制备如权利要求1所述的磁性TiO2(R)复合材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）MIL-88A的制备在40mL蒸馏水中加入1.2626gFeCl3·6H2O，搅拌至溶解；加入0.9296g反丁烯二酸，搅拌1h后转移到反应釜中，65℃反应6~24h；待温度降至室温后过滤，所得晶体用乙醇和蒸馏水交替清洗3~5次，干燥，得到MIL-88A；（2）磁性TiO2(R)复合材料的制备在60mL蒸馏水中加入0.4gMIL-88A，超声1h，在搅拌状态下先后加入960μL聚丙烯酸溶液和1440μL浓度为2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小娟，刘政霖，廖凤珍，叶兰妹，刘明华，王永净，王永好，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35