多层包膜的可磁分离的光催化剂及其制法制造技术

本发明专利技术特别涉及多层包膜的可磁分离的光催化剂及其制法。其由包膜磁性核与半导体纳米粒子膜组成，重量比为３∶１～１∶４；包膜磁性核由磁性载体与惰性氧化物包膜组成，重量比为１∶１～１０∶１，其中磁性载体为具有铁磁性的物质，半导体纳米粒子为具有光催化活性的半导体物质，惰性氧化物为具有光化学惰性和电化学惰性的物质。本发明专利技术利用惰性氧化物将磁性载体包膜起来，再利用固体混合法将包膜磁性核和半导体纳米粒子复合，有效地避免了磁性载体对半导体纳米粒子光催化活性的不利影响，提高了此类光催化剂分散体系的催化活性。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术所属的
是光催化剂，特别是属于多层包膜的可磁分离的光催化剂及其制法。众所周知，随着工业的发展，环境污染问题已十分严重。在我国，近1/2的河流受到污染，1.64亿人饮用有机污染严重的水。其中难分解有毒有机污染物的比例也在急剧增加，许多有毒有机污染物无法用现有的微生物技术加以处理，或是无法彻底清除。近年来，纳米半导体光催化技术取得了很大的进展，许多纳米半导体材料，如二氧化钛(TiO2)、二氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、硫化镉(CdS)、三氧化钨(WO3)等都被发现能够有效地降解此类难分解有毒有机污染物，此类文献有《胶体与表面》杂志，1992,67,165-182上发表的文章“二氧化钛半导体催化的表面活性剂的光降解”(H.Hidaka,J.Zhao,Photodegradation of surfactants catalyzed by a TiO2semiconductor,Colloids and Surfaces)、《环境科学与技术》杂志，1991,25,1523-1529上发表的文章“水污染物的处理”(D.F.Ollis,E.Pellizzetti,N.Serpone,Destruction of Water Contaminants,Environ.Sci.Technol.)、《化学综述》杂志，1995,95,69-96上发表的文章“半导体光催化的环境应用”(M.R.Hoffmann,S.T.Martin,W.Choi,D.W.Bahnemann,Environmental Application of SemiconductorPhotocatalysis,Chem.Rev.)。但目前文献报导中广泛采用的半导体纳米粒子分散体系存在一个很大的问题亟待解决如何将纳米粒子光催化剂从反应后的溶液中分离出来并重复使用。由于半导体纳米光催化剂粒子很小(通常为几到几十个纳米)，使用离心分离或超过滤等分离技术将极大地增加设备投资和运转费用。一些研究人员采取了将半导体纳米光催化剂负载在玻璃片表面的方法，此类文献有《物理化学杂志》，1995,99,8244-8248上发表的文章“表面活性剂在TiO2/TCO膜电极上的光电化学分解”(H.Hidaka,Y.Asai,J.Zhao,K.Nohara,E.Pelizzetti,N.Serpone,Photoelectrochemical Decomposition of Surfactants on a TiO2/TCO ParticulateFilm Electrode Assembly,J.Phys.Chem..)或将半导体纳米光催化剂负载在玻璃纤维布表面的方法，此类文献有《水及空气的光催化净化与处理》，1993,pp783-788上发表的文章“氯仿在涂有二氧化钛玻璃纤维布表面的光催化降解”(M.Murabayashi,K.ltoh,K.Kawashima,R.Masuda,S.Suzuki,Photocatalytic degradation ofchloroform with TiO2coated glass fiber cloth,in“Photocatalytic Purification andTreatment of water and air”Ed.D.F.Ollis and H.Al-Ekabi；Elsevier)。这些方法虽然避免了纳米半导体光催化剂的分离难题，但也大大降低了反应物与半导体纳米光催化剂颗粒表面的有效接触面积，影响了光催化反应的效率。为了克服以往半导体纳米光催化剂的缺点，使之既能有效地与液相分离，又能保持半导体纳米光催化剂在溶液中的高分散性能，提供一种易分离的半导体纳米光催化剂势在必行。我们已经开发的一种将半导体纳米材料负载在磁性载体上的可磁分离的光催化剂及制法(专利申请号98101176.4)，虽说在一定程度上解决了半导体纳米光催化剂的缺陷，但由于受磁性载体的影响，半导体纳米光催化剂的活性有一定的降低，对提高光催化反应的效率有一定的影响。本专利技术的目的是提供一种高活性的多层包膜的可磁分离的光催化剂，利用电化学及光化学惰性的氧化物包膜将磁性载体与半导体纳米粒子隔开，避免两者之间的直接接触，抑制磁性载体对半导体纳米粒子光催化活性的不利影响，从而极大地提高光催化剂的活性。本专利技术的多层包膜的可磁分离的光催化剂，包括具有铁磁性的磁性载体、惰性氧化物包膜及具有光催化活性的半导体纳米粒子，其特征在于在磁性载体外包有具有电化学惰性和光化学惰性的氧化物包膜，其中磁性载体与惰性氧化物包膜又构成包膜磁性核，磁性载体与惰性氧化物包膜的重量比为1∶1～10∶1，两者构成的包膜磁性核与半导体纳米粒子膜的重量比为3∶1～1∶4。其中磁性载体为具有铁磁性的物质，如四氧化三铁、γ-三氧化二铁、二氧化铬、钴改性γ-三氧化二铁、钡铁氧体等，其颗粒直径在5个纳米到10个微米之间；惰性氧化物为具有光化学与电化学惰性的物质，如二氧化硅、氧化铝等；半导体纳米粒子为具有光催化活性的物质，如二氧化钛(TiO2)、二氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、硫化镉(CdS)、三氧化钨(WO3)等；其颗粒直径在1个纳米到1个微米之间。本专利技术的多层包膜的可磁分离的光催化剂的制备按下述步骤进行1)包膜磁性核的制备a、二氧化硅包膜磁性核的制备用强酸型离子交换树脂将10～100克/升的硅酸盐水溶液的pH值调节至pH=10.8～11.5，备用。将磁性载体用机械搅拌分散到水中制成磁性载体浑浊液，用碱调节其pH=10.8～11.5；其中磁性载体的颗粒直径在5个纳米到10个微米之间。在超声波作用下向磁性载体浑浊液中缓慢滴加体积为磁性载体浑浊液体积的10％～100％的备用硅酸盐溶液；滴完后，用酸调节其pH值为10～10.5，撤去超声波，继续搅拌过夜；最后沉淀分离，干燥后在500～700℃下焙烧10分钟～4小时得到包膜磁性核。b、三氧化二铝包膜磁性核制备配制10～100克/升的偏铝酸盐溶液，将磁性载体用机械搅拌分散到偏铝酸盐溶液中制成磁性载体浑浊液，其中磁性载体的颗粒直径在5个纳米到10个微米之间。在超声波作用下，用酸调节磁性载体浑浊液的pH值至7.5～9.0，撤去超声波，继续搅拌过夜；最后沉淀分离，干燥后在500～700℃下焙烧10分钟～4小时得到包膜磁性核。其中所述的磁性载体为四氧化三铁、γ-三氧化二铁、二氧化铬、钴改性γ-三氧化二铁、钡铁氧体，可使用实验室制品，其制法参见《胶体与界面科学期刊》，”从氢氧化亚铁溶胶晶化制备均一的球形磁铁矿粒子”，1980,74,227,(T.Sugimoto,E.Matijevic,Formation of Uniform Spherical Magnetite Particle byCrystallization from Ferroous Hydroxide Gels,J.Colloid Inyerface Sci.)、《胶体与界面科学进展》,”单分散的胶体颗粒的制备”，1987,28,65(T.Sugimoto,Preparation of monodispersed Colloid Paricles,Advances in 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多层包膜的可磁分离的光催化剂，包括具有铁磁性的磁性载体和具有光催化活性的半导体纳米粒子，其特征在于：在磁性载体外包有具有电化学惰性和光化学惰性的氧化物包膜，其中磁性载体与惰性氧化物包膜又构成包膜磁性核，磁性载体与惰性氧化物包膜的重量比为１∶１～１０∶１，两者构成的包膜磁性核与半导体纳米粒子膜的重量比为３∶１～１∶４。

【技术特征摘要】
1.一种多层包膜的可磁分离的光催化剂，包括具有铁磁性的磁性载体和具有光催化活性的半导体纳米粒子，其特征在于在磁性载体外包有具有电化学惰性和光化学惰性的氧化物包膜，其中磁性载体与惰性氧化物包膜又构成包膜磁性核，磁性载体与惰性氧化物包膜的重量比为1∶1～10∶1，两者构成的包膜磁性核与半导体纳米粒子膜的重量比为3∶1～1∶4。2.如权利要求1所述的一种多层包膜的可磁分离的光催化剂，其特征在于所述的半导体纳米粒子的粒径在1个纳米到1个微米之间，磁性载体的粒径在5个纳米到10个微米之间。3.如权利要求1所述的一种多层包膜的可磁分离的光催化剂，其特征在于所述的半导体纳米粒子为二氧化钛、二氧化锡、氧化锌、硫化镉或三氧化钨。4.如权利要求1所述的一种多层包膜的可磁分离的光催化剂，其特征在于所述的磁性载体为四氧化三铁、γ-三氧化二铁、二氧化铬、钴改性γ-三氧化二铁、钡铁氧体。5.如权利要求1所述的一种多层包膜的可磁分离的光催化剂，其特征在于所述的具有电化学惰性和光化学惰性的物质为二氧化硅或三氧化二铝。6.一种多层包膜的可磁分离的光催化剂的制法，其特征在于制备方法如下1)包膜磁性核的制备a、二氧化硅包膜磁性核的制备用强酸型离子交换树脂将10～100克/升的硅酸盐水溶液的pH值调节至pH=10.8～11.5，备用；将磁性载体搅拌分散到水中制成磁性载体浑浊液，调节其pH=10.8～11.5；在超声波作用下向磁性载体浑浊液中缓慢滴加体积为磁性载体浑浊液体积的10％～100％的备用硅酸盐溶液；滴完后，调节其pH值...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵进才，陈锋，何建军，
申请(专利权)人：中国科学院感光化学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]