核－壳结构的磁性颗粒光催化剂，铁磁性、顺磁性或反磁性颗粒为核，光催化剂为壳，铁磁性、顺磁性或反磁性颗粒分别为γ－Ｆｅ２Ｏ３、ＳｉＯ２和ＭｎＯ颗粒，光催化剂分别为Ｇｄ３－ｘＢｉｘＳｂＯ７、Ｇｄ３－ｘＹｘＳｂＯ７和Ｉｎ３－ｘＢｉｘＴａＯ７；其中γ－Ｆｅ２Ｏ３、ＳｉＯ２和ＭｎＯ的径粒为８０－２０００ｎｍ。所述光催化剂在磁场－光催化系统中进行水处理，水处理的反应系统的外围设有磁场强度可调式交变磁场发生器，磁场强度的范围为０～１５Ｔ，反应系统的照射光源为３００Ｗ氙灯和４００Ｗ高压汞灯；铁磁性、顺磁性和反铁磁性的磁性颗粒核包覆光催化剂各占３３±１０％，使其完全均匀地分散在水溶液中从而使复合光催化剂均匀分布在水溶液内上、中、下三层。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光催化剂，尤其是核-壳结构的磁性颗粒光催化剂、制备及应用，涉及一种"磁性颗粒核-光催化剂壳"结构的磁性复合材料及新型纳米催化材料Gd3—xBixSb07(0. 5《x《1)和Gd3—xYxSb07(0. 5《x《1)，并通过磁场获得复合光催化材料 的梯度分布并经光催化去除水体中的有机污染物。
技术介绍
水中有毒难降解性有机物(PTS)的处理一直是水处理领域中的难点、热点课题。 PTS有对人体及生态环境风险高等特点，因此，发达国家对这类污染物均有严格的控制标 准。由于常规生化处理方法对这类物质的去除效果差(或基本无处理效果)，必须采用特殊 处理单元过程对其有针对性的去除。因此，水中难降解性有机物的新型处理技术的开发研 究成为目前国际环境工程领域的热点和前沿课题。 半导体(典型的如Ti02)光催化法就是世界各国学者公认的处理水中难降解性有 机物最有效、最有市场前景的技术，它在降解水体中的难降解性有机污染物方面具有巨大 的应用潜力，在难降解性有机物的矿化分解等方面比电催化、湿式催化氧化技术具有明显 的优点。但光催化技术在水处理与废水处理上尚未工业化，主要存在如下两个问题(l)悬 浮体系光催化体系光催化效率高，存在催化剂后处理问题，如果将光催化剂固定在玻璃等 材料上可以解决光催化剂的分离回收问题，但其光催化效率却明显低于悬浮体系；(2) 二 氧化钛仅能吸收紫外光，在可见光范围没有响应，对太阳光的利用率低(4% )，而太阳光谱 中紫外光部分只占不到5% ，而波长为400-750nm的可见光则占到近43% ，如果能将太阳光 中的紫外光波段和可见光波段同时充分利用起来，光量子效率将会得到很大提高。因此，在 保证较高的光催化效率的前提下解决光催化剂的回收和量子效率问题成了光催化废水处 理工业化应用的关键。 目前，提高光催化剂的光利用率主要有两个方向。一是二氧化钛可见光化，如N、S、 C等非金属元素部分取代二氧化钛中的氧元素，能够降低光催化材料的带隙能，扩展了其光 响应范围，在一定程度上提高光量子效率；二是研发高效的可见光催化剂。近年来，研究者 们开展了探索新型可见光光催化剂的研究工作，取得了丰硕成果B^Ge(^。粉末能有效降 解甲基橙等有机物，采用Co304/BiV04降解苯酚，采用Ta3N5纳米粒子降解亚甲基蓝染料，用 Na2Ta206降解了刚果红溶液，采用Ga2BiTa07降解亚甲基蓝染料。付希贤研制了钙钛矿型复 合氧化物LaFe03、 LaFe卜xCux03等，结果表明LaFe03、 LaFe!—xCux03 (x = 0. 02、0. 05)具有较小 的带隙，可以有效利用可见光对水相中的有机物进行光催化降解。邹志刚等人成功地合成 了 CaBi204等能利用可见光有效地降解水和空气中的甲醛、乙醛、亚甲基蓝和H2S等有害物 的新型光催化材料。朱永法、赵进才等利用自制的新型材料(如Bi,20e等)快速有效地降 解了水相中罗丹明B，其效果较传统方法提高了 8倍，文献中还探索了目标物的可见光光催 化降解机理。本课题组首次成功制备了纳米In2BiTa07粉体降解水体中亚甲基蓝染料，135 分钟后亚甲基蓝被完全降解，总有机碳(TOC)去除率为100%。因此，扩大光催化材料的光响应范围是提高光催化量子效率的一个有效方法。目前所报道的可见光光催化材料多是粉 未状，在悬浮体系中有很好的光催化活性，仍然存在着催化剂的后处理问题。 为了解决光催化悬浮体系光催化剂的回收的难题，国内外研究者提出制备"磁 性颗粒核_光催化剂壳"结构的磁性复合材料，即用超顺磁性和耐腐蚀的铁磁性微粒如 Y -Fe203、 F^(V铁酸盐等作为载体，再包覆上纳米光催化剂，这种复合材料既有普通悬浮 光催化剂的高效性，又能通过磁性顺利收集，克服了悬浮状催化剂粉末回收困难的缺点.。 Donia Beydoun为了解决悬浮状催化剂粉末从废水中回收困难的问题，采用磁性铁氧化物 Fe203为核，Fe203核的表面包覆Ti02光催化剂壳，效果较好。还有研究者将Fe304和Y _Fe203 按一定比例制成混合磁核，包敷在磁性颗粒表面的外壳主要有TiOy胺基化介孔二氧化硅、 A1(0H)3等，均取得较好的分离效果。光催化剂比重大于水，在悬浮体系中处于下沉状态， 搅拌作用虽然能在一定程度上解决催化剂的分布不均但治标不治本。如何从根本上解决光 催化剂在悬浮体系中的均匀分布问题，这是我们环境工作者十分关注的问题。强磁性材料 (铁磁性和亚铁磁性材料)在磁场中发生强烈吸引(亚铁磁性物质需要较强磁场)，弱磁性 材料(包括顺磁性、反铁磁性和抗磁性材料)在磁场中仅发生轻微的吸引或排斥，对施加的 磁场及其强度敏感性很小，如A1203和SiC等材料都是弱磁性物质，对磁场基本没有敏感性。 强磁性颗粒与弱磁性颗粒在磁场中运动时，受静磁引力的作用，分别在反应器内向两端聚 积，形成成分梯度。在静磁场中，强磁性颗粒被磁化并向一端吸引，弱磁性颗粒则被驱赶至 另一端。减弱静磁场强度，成分梯度减小。提高静磁场强度，成分梯度则增大。这一特点， 为我们利用磁性颗粒相的不同磁性在磁场作用下呈梯度性分布提供了重要的基础。因此， 利用不同磁性(铁磁性、顺磁性和反磁性)的磁性颗粒核包覆光催化剂，这些磁性复合材料 在定向磁场作用下可以促进同类磁性颗粒的混合，避免颗粒团聚，使其完全均匀地分散在 水溶液中从而使复合光催化剂均匀分布在水溶液中上、中、下三层。还可根据需要灵活施加 静磁场与交变磁场，可以在很大的长度和成分范围内方便地调整强磁性与弱磁性颗粒的分 布，进而使磁性颗粒表面包覆的光催化剂能够与有机污染物及光源充分接触，在可见光或 紫外光照射下有机污染物能够被高效率地降解。值得关注的是多孔磁性颗粒具有体相缺 陷，其负载的光催化剂在可见光激发下产生的光致空穴或电子，在定向磁场作用下发生定 向移动从而延长空穴或电子的寿命。众所周知，空穴和电子在水溶液中均能产生具有强氧 化能力活性自由基。因而磁场不仅促进不同磁性颗粒负载光催化剂的梯度分布，还能促进 光致空穴与电子对的分离。
技术实现思路
本专利技术目的是提出 一 种核_壳结构的磁性颗粒光催化剂 即"磁性颗粒核_光催化剂壳"结构的磁性复合材料、制备及应用，尤其 是得至U Y-Fe203(铁磁性颗粒核)-Gd3—xBixSb07(0.5《x《1)(光催化 剂壳)、Y-Fe203(铁磁性颗粒核)-Gd3—xYxSb07(0.5《x《1)(光催化剂 壳)、Y-Fe203 (铁磁性颗粒核)-In3—xBixTa07(0.5《x《1)(光催化剂 壳)、Si02(顺磁性颗粒核)-Gd3—xBixSb07(0.5《x《1)(光催化剂壳)、 Si02(顺磁性颗粒核)-Gd3—xYxSb07(0. 5《x《1)(光催化剂壳)、Si02(顺 磁性颗粒核)_In3—xBixTa07(0.5《x《1)(光催化齐U壳)、Mn0(反铁磁性颗粒核)_Gd3—xBixSb07(0.5《x《1)(光催化剂壳)、Mn0(反铁磁性 颗粒核)_Gd3—xYxSb07(0. 5《x《1)(光催化剂壳)、MnO(反铁磁性颗粒 核)-In3—xBixTa07(0. 5《x《1)(光催化剂壳)。同时专利技术了新本文档来自技高网...
【技术保护点】
核－壳结构的磁性颗粒光催化剂，其特征是铁磁性、顺磁性或反磁性颗粒为核，光催化剂为壳，铁磁性、顺磁性或反磁性颗粒分别为γ－Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］、ＳｉＯ↓［２］和ＭｎＯ颗粒，光催化剂分别为Ｇｄ↓［３－ｘ］Ｂｉ↓［ｘ］ＳｂＯ↓［７］（０．５≤ｘ≤１）、Ｇｄ↓［３－ｘ］Ｙ↓［ｘ］ＳｂＯ↓［７］（０．５≤ｘ≤１）和Ｉｎ↓［３－ｘ］Ｂｉ↓［ｘ］ＴａＯ↓［７］（０．５≤ｘ≤１）；构成核－壳结构的γ－Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］－Ｇｄ↓［３－ｘ］Ｂｉ↓［ｘ］ＳｂＯ↓［７］（０．５≤ｘ≤１）、γ－Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］－Ｇｄ↓［３－ｘ］Ｙ↓［ｘ］ＳｂＯ↓［７］（０．５≤ｘ≤１）、γ－Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］－Ｉｎ↓［３－ｘ］Ｂｉ↓［ｘ］ＴａＯ↓［７］（０．５≤ｘ≤１），ＳｉＯ↓［２］－Ｇｄ↓［３－ｘ］Ｂｉ↓［ｘ］ＳｂＯ↓［７］（０．５≤ｘ≤１）、ＳｉＯ↓［２］－Ｇｄ↓［３－ｘ］Ｙ↓［ｘ］ＳｂＯ↓［７］（０．５≤ｘ≤１）、ＳｉＯ↓［２］－Ｉｎ↓［３－ｘ］Ｂｉ↓［ｘ］ＴａＯ↓［７］（０．５≤ｘ≤１）、ＭｎＯ－Ｇｄ↓［３－ｘ］Ｂｉ↓［ｘ］ＳｂＯ↓［７］（０．５≤ｘ≤１）、ＭｎＯ－Ｇｄ↓［３－ｘ］Ｙ↓［ｘ］ＳｂＯ↓［７］（０．５≤ｘ≤１）、ＭｎＯ－Ｉｎ↓［３－ｘ］Ｂｉ↓［ｘ］ＴａＯ↓［７］（０．５≤ｘ≤１）；其中γ－Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］、ＳｉＯ↓［２］和ＭｎＯ的径粒为８０－２０００ｎｍ。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：栾景飞，马坤，李咏梅，潘丙才，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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