磁性鐵氧體基納米復(fù)合材料的制備及吸附和光催化性能研究.pdf

1、我國(guó)境內(nèi)的水體污染是水資源保護(hù)領(lǐng)域面臨的重大難題，它不僅會(huì)加劇水資源的短缺，還會(huì)給生態(tài)環(huán)境造成毀滅性破壞。在眾多水處理技術(shù)中，以納米半導(dǎo)體材料為催化劑的光催化氧化技術(shù)已成為近年來(lái)獲得廣泛關(guān)注的一種新型技術(shù)。當(dāng)前廣泛研究的半導(dǎo)體納米粉體材料具有多種特殊的物理化學(xué)特性，在光催化和吸附等領(lǐng)域已表現(xiàn)出了多種優(yōu)異的性能，在處理水體中難降解有機(jī)污染物方面具有潛在的應(yīng)用前景。但同時(shí)，常見(jiàn)的單一半導(dǎo)體納米粉體材料在光催化處理水體中有機(jī)污染物時(shí)，還存在量

2、子效率較低、可見(jiàn)光利用率較低和難回收利用等問(wèn)題，阻礙了其在水體污染治理中的直接應(yīng)用。為此開(kāi)發(fā)出具有高效光催化活性和容易回收利用的磁性鐵氧體復(fù)合半導(dǎo)體光催化劑，對(duì)于半導(dǎo)體光催化劑的規(guī)?；瘧?yīng)用具有重要理論意義和實(shí)踐價(jià)值。
　　本論文的研究重點(diǎn)是利用溶劑熱法制備具有較強(qiáng)磁性和穩(wěn)定性的納米鐵氧體材料，并以其作為載體，在低溫液相條件下，采用外部負(fù)載法分別制備鐵氧體/無(wú)機(jī)半導(dǎo)體、鐵氧體/有機(jī)半導(dǎo)體和鐵氧體/有機(jī)半導(dǎo)體/貴金屬納米復(fù)合材料。并以

3、水溶液中的有機(jī)偶氮染料為模擬污染物，研究納米復(fù)合材料的光催化性能、吸附性能和磁性回收性能。主要研究成果如下：
　　(1)采用溶劑熱法制備出了Fe3 O4納米多晶微球，在此基礎(chǔ)上采用溶膠凝膠法和焙燒法制備了Fe3 O4/BaTiO3納米復(fù)合材料，并利用XRD，SEM和VSM等測(cè)試技術(shù)對(duì)樣品進(jìn)行了表征。重點(diǎn)考察了焙燒時(shí)的升降溫速率和焙燒溫度對(duì)Fe3 O4/BaTiO3納米復(fù)合材料晶體結(jié)構(gòu)和微觀形貌的影響，并評(píng)估了樣品在紫外光照射下催化

4、降解水溶液中偶氮染料的活性。研究結(jié)果表明：在氮?dú)獗Ｗo(hù)和快速升降溫的實(shí)驗(yàn)條件下，700 ℃下焙燒0.5 h可以獲得尺寸均一、單分散性好的類立方體形狀的Fe3 O4/BaTiO3核殼結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料。該復(fù)合材料具有較強(qiáng)的飽和磁化強(qiáng)度和良好的磁響應(yīng)特性，因此具有良好的可回收性能。光催化實(shí)驗(yàn)表明該復(fù)合材料在紫外光照射下可降解偶氮染料，但其量子效率較低，光催化活性仍不理想。
　　(2)以Fe3O4納米多晶微球?yàn)檩d體，采用自由基聚合和化學(xué)還原

5、的方法，在其表面負(fù)載兼具良好吸附性能和光催化活性的聚合物聚吡咯(PPy)和貴金屬銀，分別制備了Fe3 O4/PPy，F(xiàn)e3 O4/PPy/Ag和Fe3 O4/Ag/PPy納米復(fù)合材料，并對(duì)它們進(jìn)行了表征。同時(shí)研究了Fe3 O4/PPy納米復(fù)合材料對(duì)水中偶氮染料的吸附性能，并評(píng)估了Fe3 O4/PPy，F(xiàn)e3 O4/PPy/Ag和Fe3 O4/Ag/PPy納米復(fù)合材料在紫外光和可見(jiàn)光照射下催化降解水溶液中偶氮染料的活性。重點(diǎn)考察了貴金屬銀

6、的負(fù)載位置和負(fù)載量與納米復(fù)合材料的光催化性能之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明：Fe3 O4/PPy對(duì)水中的偶氮染料具有較強(qiáng)的吸附能力，其吸附性能主要受到初始pH值、吸附時(shí)間、染料初始濃度和吸附溫度的影響，該吸附過(guò)程符合Langmuir吸附等溫模型和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。該納米復(fù)合材料具有較強(qiáng)的飽和磁化強(qiáng)度，使用后可通過(guò)外加磁場(chǎng)的方式回收，且再生容易。但由于Fe3O4化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，易被空氣氧化而喪失磁性，導(dǎo)致Fe3O4/PPy磁性回收性能不穩(wěn)定。銀

7、的負(fù)載位置和負(fù)載量會(huì)影響Fe3 O4/PPy/Ag和Fe3 O4/Ag/PPy納米復(fù)合材料的光催化性能，在紫外光和可見(jiàn)光照射下，先負(fù)載Ag后負(fù)載PPy，且銀的負(fù)載量較大時(shí)制備出來(lái)的Fe3 O4/Ag(more)/PPy納米復(fù)合材料的光催化活性均最強(qiáng)。相對(duì)于Fe3 O4/BaTiO3核殼結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料，在紫外光照射下該復(fù)合材料的光催化活性更強(qiáng)，光催化性能提升明顯。
　　(3)為了克服 Fe3O4易氧化、磁性不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，選擇更加穩(wěn)

8、定的γ-Fe2O3納米顆粒替代 Fe3O4納米多晶微球，采用相同的制備方法分別制備了Fe2O3/PPy, Fe2 O3/PPy/Ag和Fe2 O3/Ag/PPy納米復(fù)合材料，并對(duì)它們進(jìn)行了表征。同時(shí)研究了Fe2 O3/PPy納米復(fù)合材料對(duì)水中偶氮染料的吸附性能，并評(píng)估了Fe2 O3/PPy, Fe2 O3/PPy/Ag和Fe2 O3/Ag/PPy納米復(fù)合材料在紫外光和可見(jiàn)光照射下催化降解水溶液中偶氮染料的活性。結(jié)果表明：Fe2 O3/P

9、Py吸附水中偶氮染料過(guò)程的規(guī)律與Fe3 O4/PPy的規(guī)律相似，但其吸附性能要明顯強(qiáng)于Fe3 O4/PPy，其原因是Fe2 O3/PPy的比表面積更大。該納米復(fù)合材料具有較強(qiáng)的磁響應(yīng)能力，可磁性回收，通過(guò)堿液洗滌的方式即可再生，并可重復(fù)多次使用。同時(shí)，該納米復(fù)合材料不會(huì)被空氣氧化，化學(xué)性質(zhì)和磁性穩(wěn)定，多次使用之后仍具有良好的磁性回收性能。在光催化實(shí)驗(yàn)中，先負(fù)載Ag后負(fù)載PPy，且銀的負(fù)載量較大時(shí)制備出來(lái)的Fe2 O3/Ag(more)/