TiO2@SiO2@Fe3O4光催化磁流體的制備及其光催化與磁回收性能研究.pdf

1、納米TiO2具有極強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性、可重復(fù)使用、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，成為了具有廣闊應(yīng)用前景的綠色環(huán)境治理材料。TiO2對水中有機(jī)污染物質(zhì)的光催化降解可分為懸浮體系和負(fù)載體系。將TiO2負(fù)載在軟磁性納米材料的表面，組裝成殼@核結(jié)構(gòu)的磁載納米光催化劑，既保持了懸浮態(tài)光催化劑高效率的特點(diǎn)，又可在外加磁場的作用下，達(dá)到有效回收和循環(huán)使用的目的。然而殼@核結(jié)構(gòu)的磁載納米光催化劑容易產(chǎn)生誘導(dǎo)光溶解，導(dǎo)致磁核的溶解和光催化活性的下降。因此殼@殼@核結(jié)構(gòu)的磁

2、載光催化劑成為人們的研究熱點(diǎn)。
　　殼@殼@核結(jié)構(gòu)的磁載光催化劑的制備來說，目前常見的合成方法均采用煅燒或烘干的方法以使 TiO2牢固負(fù)載在磁核的表面。這就導(dǎo)致其制備步驟非常繁瑣，材料成型率低，制備成本高昂，難于實(shí)際應(yīng)用。另外一方面，殼@殼@核結(jié)構(gòu)的粉末態(tài)磁載光催化劑，經(jīng)烘干研磨后，容易破壞其結(jié)構(gòu)的完整性，導(dǎo)致光催化活性的急劇下降；而不經(jīng)過研磨直接應(yīng)用，無論是機(jī)械攪拌還是超聲震蕩，均無法使其有效分散，嚴(yán)重影響了光催化效率。如果在液

3、相條件下原位合成負(fù)載良好的殼@殼@核結(jié)構(gòu)的磁載光催化磁流體后直接應(yīng)用，將減少制備步驟和成本，避免煅燒或烘干帶來的殼@殼@核結(jié)構(gòu)的破壞或分散性差的問題。
　　本文首先以硫酸鈦為鈦源，通過考察其最佳制備條件，利用磁核SiO2@Fe3O4和TiO2表面電位性質(zhì)的差異，創(chuàng)造二者相互靜電吸引的有利條件，利用水熱反應(yīng)法，通過探討初始液pH、水熱反應(yīng)時(shí)間、水熱反應(yīng)溫度，液相原位制備出了具有高催化效率及良好磁回收性能的TiO2@SiO2@Fe3O

4、4（TSF）光催化磁流體。再以鈦酸四異丙酯為鈦源，在液相體系中采用低溫水熱法包覆SiO2@Fe3O4（SF）顆粒，液相原位制得TiO2@SiO2@Fe3O4（TiSF）光催化磁流體。用掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)、傅里葉紅外分光光度計(jì)(TI-IR)、振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)對催化劑的物相組成、形貌、表面性質(zhì)、磁學(xué)性能等進(jìn)行了表征。以苯酚為模擬污染物，以苯酚和COD的降解率判斷其光催化活性，以自制的磁回收裝置，考察其催

5、化活性壽命。通過研究，得到以下結(jié)論：
　　(1)以硫酸鈦為鈦源時(shí)，初始液pH值對TiO2牢固負(fù)載在SF的表面具有決定性的影響，在水熱反應(yīng)時(shí)間為4h、水熱反應(yīng)溫度為180℃時(shí)，初始液pH=11是SF和TiO2表面帶有相反電荷、通過靜電引力牢固結(jié)合的最佳條件。初始液pH=11、水熱反應(yīng)時(shí)間為4h、水熱反應(yīng)溫度為180℃時(shí)所制備的TiO2@SiO2@Fe3O4光催化磁流體（記為TSF3）具有良好的光催化活性，對苯酚的降解率為87.21％

6、，對COD的降解率為71.92%。TSF3光催化磁流體具有較好的光催化壽命，在循環(huán)使用5次后，對苯酚的降解率僅下降了2.77%，對COD的降解率僅下降了0.73%。
　　(2)以鈦酸四異丙酯為鈦源，在n(Ti):n(Si):n(Fe)的摩爾比為16:1.5:1時(shí)所制備的TiO2@SiO2@Fe3O4光催化磁流體（記為TiSF3）具有良好的光催化活性，對苯酚的降解率為91.19%，對COD的降解率為99.17%。TiSF3光催化磁流

7、體具有較好的光催化壽命，在循環(huán)使用5次后，對苯酚的降解率下降了10.66%，對COD的降解率僅下降了1.57%。
　　(3)本文研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e3O4顆粒表面負(fù)載SiO2中間層，再在其表面液相原位負(fù)載TiO2光催化劑，制備成具有光催化作用的磁流體，既具有比粉末態(tài)磁載光催化劑高的光催化效率的同時(shí)，又克服了粉末態(tài)磁載光催化劑制備過程繁瑣、成本較高的缺點(diǎn)。
　　(4)TSF3光催化磁流體對苯酚和COD的降解率均小于TiSF3光催磁流