用于水处理的磁性光催化复合剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术以Fe

Magnetic photocatalysis composite for water treatment and its preparation and Application

The invention uses Fe

【技术实现步骤摘要】
用于水处理的磁性光催化复合剂及其制备方法与应用
本专利技术涉及水处理
，尤其涉及用于水处理的磁性光催化复合剂及其制备方法与应用。
技术介绍
随着工业的迅速发展，废水的种类及数量迅猛增加，水体污染日益广泛，严重威胁人民身体健康和生命安全。因此，治理环境水污染已成为目前亟待解决的问题。在去除水体难降解有机污染物方面，相比于传统的生物和物理化学方法，近年出现并发展起来的“环境催化水处理技术”表现出了明显优势。其中，光催化因能耗低而被公认为是“绿色催化水处理技术”。但是，随着废水中难降解有机污染物种类与浓度的与日俱增，利用单一处理技术已经无法达到令人满意的效果。因此，组合式的水处理技术愈加受到业界重视。这些组合技术构成的混合氧化体系可能出现多种技术的“协同作用”，对目标污染物的去除率超过单独应用其中任何一种技术所得到的污染物去除率的总和。该技术的核心是对催化反应体系的研究和特定催化剂的设计、合成和应用。其中Fenton/TiO2光催化是最常见的组合技术。但是，传统Fenton体系pH应用范围较窄，产生Fe(OH)3铁泥、造成二次污染，·OH寿命极短(约为10-9s)，且无选择性，所以反应较难控制。且纳米TiO2作为一种纳米粒子其合成过程中易发生团聚，而使纳米粒子的尺寸增大，比表面积降低。同时单纯的以纳米TiO2作为催化剂在污水处理中还存在以下问题：一是纳米TiO2自身易团聚，使纳米TiO2与污染物接触的概率降低，而使其利用率降低；二是纳米TiO2粒径小，密度低，处理污水后不易从水中分离，不能进行二次利用，造成资源浪费，且对水体易造成二次污染。基于TiO2光催化剂的研究和应用虽然已经取得较大进展，但是TiO2光催化只能吸收波长小于380nm的紫外光，光响应范围狭窄且量子效率较低，催化剂分离回收难，以上问题严重限制了它的实际应用。因此，目前亟需研究一种光响应范围广，容易分离回收的光催化剂，用于污水/废水处理中。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供用于水处理的磁性光催化复合剂及其制备方法与应用，该磁性光催化复合剂具有强磁性，使用后采用磁分离的方式便可分离回收，采用ZnO、Cu、ZnSe、碳纳米管协同作用使得该磁性光催化复合剂的光响应范围更广。本专利技术通过以下技术手段解决上述技术问题：本专利技术的一个目的在于，提供了一种用于水处理的磁性光催化复合剂，所述磁性光催化复合剂是以Fe3O4/ZnO/Cu复合物为核，以ZnSe为中间层，外包覆碳纳米管的核壳结构。进一步，所述Fe3O4/ZnO/Cu复合物是以多孔Fe3O4为核，以掺铜ZnO为外壳的核壳结构。本专利技术的另一个目的在于，提供了上述用于水处理的磁性光催化复合剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：S1、制备Fe3O4/ZnO/Cu复合物；S2、取硒粉、硼氢化钠和Fe3O4/ZnO/Cu复合物置于密封的球磨机中，球磨混合得到的混合物加入去离子水中密封，超声波分散10min后，置于65～75℃温度条件下保温2h，离心分离，得到的反应产物中加入硒粉和硼氢化钠搅拌混匀，一起加入去离子水中，制得的悬浮液，密封超声波分散10min后，置于65～75℃温度条件下保温2h，离心分离，再重复加硒粉和硼氢化钠反应1～3次，离心，得到Fe3O4/ZnO/Cu/ZnSe复合物；S3、将Fe3O4/ZnO/Cu/ZnSe复合物分散在乙醇水溶液中，搅拌下依次加入正硅酸乙酯、3-氨基丙基三乙氧基硅烷和氨水溶液，在40℃的氮气氛围下反应6～8h，磁分离得到的产物先后用乙醇和去离子水清洗，得到改性Fe3O4/ZnO/Cu/ZnSe复合物；S4、将多壁碳纳米管分散在硝酸和硫酸的混合溶液中，于温度100～120℃加热回流8h，冷却，过滤，去离子水洗涤至中性，干燥得到改性碳纳米管，将改性碳纳米管分散于乙二胺溶液中，加入改性Fe3O4/ZnO/Cu/ZnSe复合物，于温度105～110℃加热回流40h，磁分离，先后用乙醇和去离子水洗涤，干燥，得到Fe3O4/ZnO/Cu/ZnSe/碳纳米管复合物，即磁性光催化复合剂。进一步，所述S2步骤中，取质量比为1：0.8：2的硒粉、硼氢化钠和Fe3O4/ZnO/Cu复合物置于密封的球磨机中球磨30min。进一步，所述S3步骤中，乙醇水溶液中乙醇和水的体积比为4：1，每升乙醇水溶液中分散有15～25gFe3O4/ZnO/Cu/ZnSe复合物，所述乙醇水溶液和氨水溶液的体积比为2.5：1，所述Fe3O4/ZnO/Cu/ZnSe复合物、正硅酸乙酯、3-氨基丙基三乙氧基硅烷的质量比为0.3：1：0.5。进一步，所述S4步骤中，每升混合溶液中混合有150mL硝酸和100mL硫酸，所述改性碳纳米管与改性Fe3O4/ZnO/Cu/ZnSe复合物的质量比为1：1.5。进一步，所述Fe3O4/ZnO/Cu复合物的制备如下：取六水合硝酸锌和硫酸铜搅拌溶解于去离子水中，再加入多孔Fe3O4搅拌混合，再加入NaOH和三乙醇胺，超声波反应5min，得到前驱体溶液；取体积比为5：1的无水乙醇和去离子水混合，加入PEG2000搅拌至完全溶解，再加入前驱体溶液搅拌混匀，加入十六烷基三甲基溴化铵搅拌，得到的混合液倒入反应釜中，于温度180℃反应1h，冷却，离心分离，干燥，得到Fe3O4/ZnO/Cu复合物。进一步，所述六水合硝酸锌、硫酸铜、Fe3O4的用量按照锌、铜、铁的物质量为8.5：0.5：1混合。进一步，所述多孔Fe3O4的制备如下：取质量比为1：1.6的乙酰丙酮铁和N-聚乙烯吡咯烷酮加入乙二醇中搅拌混合，倒入反应釜中，于温度180℃条件下反应25h，冷却、洗涤，置于300～400℃条件下保温1.5h，得到三维多孔Fe3O4。本专利技术还有一个目的在于，提供了上述磁性光催化复合剂在重金属废水和有机污染物废水中的应用，该磁性光催化复合剂可以用于吸附废水中的重金属，以及能够分解废水中的有机污染物。本专利技术的磁性光催化复合剂采用了三层核壳结构，核心采用了由Fe3O4、ZnO、Cu三种物质形成的复合物，其中的Fe3O4具有三维多孔结构，一方面三维多孔结构使得Fe3O4质轻，具有良好的分散性能，另一方面，三维多孔结构的Fe3O4具有较大的比表面积和较高的孔隙度，有利于与掺铜氧化锌的复合，为掺铜氧化锌的附着提供了更多的着位点，再一方面，三维多孔结构的Fe3O4具有较强的磁性，用于处理污水或废水后，采用磁分离的方式便可轻易分离回收。三维多孔结构的Fe3O4外包覆的掺铜氧化锌，相较于单独的氧化锌而言，具有更大的光响应范围，在太阳光的照射下，氧化锌与铜将各自产生光生电子和空穴，光生电子和空穴可分别与水中溶解氧及氢氧根离子反应，可用于分解废水/污水中的有机污染物，达到净化水质的目的。本专利技术的磁性光催化复合剂的中间层复合了ZnSe，ZnSe是一种稳定的非贵金属直接带隙半导体材料，其带隙为2.7eV，可吸收近紫外及部分可见光，用于染料降解与水氢化，氧化锌也是一种优良的光催化材料，具有很高的光敏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于水处理的磁性光催化复合剂，其特征在于，所述磁性光催化复合剂是以Fe

【技术特征摘要】
1.用于水处理的磁性光催化复合剂，其特征在于，所述磁性光催化复合剂是以Fe3O4/ZnO/Cu复合物为核，以ZnSe为中间层，外包覆碳纳米管的三层核壳结构。


2.根据权利要求1所述的用于水处理的磁性光催化复合剂，其特征在于，所述Fe3O4/ZnO/Cu复合物是以多孔Fe3O4为核，以掺铜ZnO为外壳的双层核壳结构。


3.根据权利要求1或2所述的用于水处理的磁性光催化复合剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备Fe3O4/ZnO/Cu复合物；
S2、取硒粉、硼氢化钠和Fe3O4/ZnO/Cu复合物置于密封的球磨机中，球磨混合得到的混合物加入去离子水中密封，超声波分散10min后，置于65～75℃温度条件下保温2h，离心分离，得到的反应产物中加入硒粉和硼氢化钠搅拌混匀，一起加入去离子水中，制得的悬浮液，密封超声波分散10min后，置于65～75℃温度条件下保温2h，离心分离，再重复加硒粉和硼氢化钠反应1～3次，离心，得到Fe3O4/ZnO/Cu/ZnSe复合物；
S3、将Fe3O4/ZnO/Cu/ZnSe复合物分散在乙醇水溶液中，搅拌下依次加入正硅酸乙酯、3-氨基丙基三乙氧基硅烷和氨水溶液，在40℃的氮气氛围下反应6～8h，磁分离得到的产物先后用乙醇和去离子水清洗，得到改性Fe3O4/ZnO/Cu/ZnSe复合物；
S4、将多壁碳纳米管分散在硝酸和硫酸的混合溶液中，于温度100～120℃加热回流8h，冷却，过滤，去离子水洗涤至中性，干燥得到改性碳纳米管，将改性碳纳米管分散于乙二胺溶液中，加入改性Fe3O4/ZnO/Cu/ZnSe复合物，于温度105～110℃加热回流40h，磁分离，先后用乙醇和去离子水洗涤，干燥，得到Fe3O4/ZnO/Cu/ZnSe/碳纳米管复合物，即磁性光催化复合剂。


4.根据权利要求3所述的用于水处理的磁性光催化复合剂的制备方法，其特征在于，所述S2步骤中，取质量比为1：0.8：2的硒粉、硼氢化钠和Fe3O4/ZnO/Cu复合物置于密封的球磨机中球磨3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国胜，
申请(专利权)人：深圳信息职业技术学院，
类型：发明
国别省市：广东;44