本發(fā)明涉及磁性光催化納米復(fù)合材料，具體是一種磁性光催化納米復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體基光催化劑因具有諸多優(yōu)異的性質(zhì)因而在環(huán)境領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。由于二氧化鈦具有無(wú)毒、化學(xué)穩(wěn)定及廉價(jià)的特點(diǎn)，被認(rèn)為是一種理想的光催化半導(dǎo)體材料，受到研究者廣泛關(guān)注。但是，二氧化鈦能隙較大(~3.2eV)，僅在紫外波段表現(xiàn)出光催化活性，這嚴(yán)重限制了其應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光激發(fā)下二氧化鈦光催化因而成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。包括與貴金屬粒子（如銀、金、鉑）復(fù)合等方法被相繼提出。其中，銀是一種理想的貴金屬。由于銀納米粒子所具有的強(qiáng)烈的表面等離子體共振作用，使二氧化鈦在可見(jiàn)光激發(fā)下表現(xiàn)出光催化活性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種磁性光催化納米復(fù)合材料及其制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種磁性光催化納米復(fù)合材料，其主要由氧化鉍、鐵酸鎳以及四氧化三鐵組成，所述氧化鉍為納米粉末狀，鐵酸鎳為納米粉末狀，四氧化三鐵為納米粉末狀，三者物質(zhì)的量比是1:0.2～2：0.1～1。

一種磁性光催化納米復(fù)合材料的制備方法，其具體包括以下步驟:

1)四氧化三鐵制備，將鐵鹽與穩(wěn)定劑和還原劑按照質(zhì)量比1:0.2～0.9:1～3加入到醇類溶劑中，完全溶解后獲得鐵離子濃度為0.04～0.2M的溶液；將所得溶液轉(zhuǎn)移到高壓反應(yīng)釜內(nèi)，在180～220°C的溫度下反應(yīng)8～10小時(shí)后，得到黑色產(chǎn)物，將所述黑色產(chǎn)物分別用去離子水和無(wú)水乙醇充分洗滌，經(jīng)干燥后，最終得到四氧化三鐵納米粒子；

2)制備鐵酸鎳，按比例將硝酸鎳和硝酸鐵充分溶解在去離子水中，用堿性溶液a調(diào)節(jié)pH至13～14，得到混合溶液A；將混合液A轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)膽的不銹鋼反應(yīng)釜中，進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，用去離子水和乙醇洗滌，干燥后得到鐵酸鎳粉體；

3)四氧化三鐵、鐵酸鎳氧化鉍混合，按比例將硝酸鉍、硫酸鈉和鐵酸鎳溶解于去離子水中，得到溶液B，將堿性溶液b與溶液B混合得到溶液C；將溶液C轉(zhuǎn)移至微波反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，用去離子水和乙醇洗滌，干燥后得到可見(jiàn)磁性光催化材料；

4)將步驟3中得到的磁性光催化材料以及硝酸銀和表面活性劑按照質(zhì)量比1:0.1～0.5:10～15加入到乙二醇中，得到磁性光催化材料納米粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2～1.5%的分散液，將分散液升溫至100～120°C，攪拌反應(yīng)8～12小時(shí)，待反應(yīng)充分完成后收集得到產(chǎn)物，將所得產(chǎn)物分別用無(wú)水乙醇和去離子水充分洗滌，經(jīng)干燥后，即可得到鐵酸鎳/氧化鉍/四氧化三鐵/銀納米復(fù)合粒子；

5)將步驟4中所述鐵酸鎳/氧化鉍/四氧化三鐵/銀納米復(fù)合粒子與無(wú)水乙醇和氨水按質(zhì)量比1：800～1000：4～5充分混合，然后加入鈦源，鈦源與鐵酸鎳/氧化鉍/四氧化三鐵/銀納米復(fù)合粒子的質(zhì)量比為1～2:1，在40～50°C的溫度下攪拌12～24小時(shí)，待反應(yīng)充分完成后收集得到產(chǎn)物，將所得產(chǎn)物分別用無(wú)水乙醇和去離子水充分清洗，經(jīng)干燥后，在400～600°C的溫度下空氣氛圍中煅燒2～3小時(shí)，即得到磁性光催化納米復(fù)合材料。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述穩(wěn)定劑為檸檬酸鈉，還原劑為醋酸鈉。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明制備的磁性光催化納米復(fù)合材料可以在外加磁場(chǎng)下進(jìn)行回收，實(shí)現(xiàn)了催化劑的循環(huán)利用，降低了成本；由于銀的存在，光催化復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)了可見(jiàn)光激發(fā)下對(duì)有機(jī)污染物的催化降解，拓展了光催化復(fù)合材料的應(yīng)用范圍，同時(shí)氧化鉍和鐵酸鎳結(jié)合形成異質(zhì)結(jié)，將光能利用區(qū)間拓展到可見(jiàn)光區(qū)，匹配的能帶結(jié)構(gòu)有利于光生電子和空穴的分離，進(jìn)而提高光催化降解的效率。

具體實(shí)施方式

下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

一種磁性光催化納米復(fù)合材料，其主要由氧化鉍、鐵酸鎳以及四氧化三鐵組成，所述氧化鉍為納米粉末狀，鐵酸鎳為納米粉末狀，四氧化三鐵為納米粉末狀，三者物質(zhì)的量比是1:0.2～2：0.1～1。

本發(fā)明實(shí)施1例中，一種磁性光催化納米復(fù)合材料的制備方法，其具體包括以下步驟：

1）四氧化三鐵制備，將鐵鹽與穩(wěn)定劑和還原劑按照質(zhì)量比1:0.2:1加入到醇類溶劑中，完全溶解后獲得鐵離子濃度為0.04M的溶液；將所得溶液轉(zhuǎn)移到高壓反應(yīng)釜內(nèi)，在180°C的溫度下反應(yīng)8小時(shí)后，得到黑色產(chǎn)物，將所述黑色產(chǎn)物分別用去離子水和無(wú)水乙醇充分洗滌，經(jīng)干燥后，最終得到四氧化三鐵納米粒子；

2）制備鐵酸鎳，按比例將硝酸鎳和硝酸鐵充分溶解在去離子水中，用堿性溶液a調(diào)節(jié)pH至13，得到混合溶液A；將混合液A轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)膽的不銹鋼反應(yīng)釜中，進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，用去離子水和乙醇洗滌，干燥后得到鐵酸鎳粉體；

3）四氧化三鐵、鐵酸鎳氧化鉍混合，按比例將硝酸鉍、硫酸鈉和鐵酸鎳溶解于去離子水中，得到溶液B，將堿性溶液b與溶液B混合得到溶液C；將溶液C轉(zhuǎn)移至微波反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，用去離子水和乙醇洗滌，干燥后得到可見(jiàn)磁性光催化材料；

4）將步驟3中得到的磁性光催化材料以及硝酸銀和表面活性劑按照質(zhì)量比1:0.1:10加入到乙二醇中，得到磁性光催化材料納米粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%的分散液，將分散液升溫至100°C，攪拌反應(yīng)8小時(shí)，待反應(yīng)充分完成后收集得到產(chǎn)物，將所得產(chǎn)物分別用無(wú)水乙醇和去離子水充分洗滌，經(jīng)干燥后，即可得到鐵酸鎳/氧化鉍/四氧化三鐵/銀納米復(fù)合粒子；

5）將步驟4中所述鐵酸鎳/氧化鉍/四氧化三鐵/銀納米復(fù)合粒子與無(wú)水乙醇和氨水按質(zhì)量比1：800：4充分混合，然后加入鈦源，鈦源與鐵酸鎳/氧化鉍/四氧化三鐵/銀納米復(fù)合粒子的質(zhì)量比為1:1，在40°C的溫度下攪拌12小時(shí)，待反應(yīng)充分完成后收集得到產(chǎn)物，將所得產(chǎn)物分別用無(wú)水乙醇和去離子水充分清洗，經(jīng)干燥后，在400°C的溫度下空氣氛圍中煅燒2小時(shí)，即得到磁性光催化納米復(fù)合材料。

本發(fā)明實(shí)施2例中，一種磁性光催化納米復(fù)合材料的制備方法，其具體包括以下步驟：

1）四氧化三鐵制備，將鐵鹽與穩(wěn)定劑和還原劑按照質(zhì)量比1:0.55:2加入到醇類溶劑中，完全溶解后獲得鐵離子濃度為0.12M的溶液；將所得溶液轉(zhuǎn)移到高壓反應(yīng)釜內(nèi)，在200°C的溫度下反應(yīng)9小時(shí)后，得到黑色產(chǎn)物，將所述黑色產(chǎn)物分別用去離子水和無(wú)水乙醇充分洗滌，經(jīng)干燥后，最終得到四氧化三鐵納米粒子；

2）制備鐵酸鎳，按比例將硝酸鎳和硝酸鐵充分溶解在去離子水中，用堿性溶液a調(diào)節(jié)pH至13.5，得到混合溶液A；將混合液A轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)膽的不銹鋼反應(yīng)釜中，進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，用去離子水和乙醇洗滌，干燥后得到鐵酸鎳粉體；

3）四氧化三鐵、鐵酸鎳氧化鉍混合，按比例將硝酸鉍、硫酸鈉和鐵酸鎳溶解于去離子水中，得到溶液B，將堿性溶液b與溶液B混合得到溶液C；將溶液C轉(zhuǎn)移至微波反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，用去離子水和乙醇洗滌，干燥后得到可見(jiàn)磁性光催化材料；

4）將步驟3中得到的磁性光催化材料以及硝酸銀和表面活性劑按照質(zhì)量比1:0.3:12.5加入到乙二醇中，得到磁性光催化材料納米粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.85%的分散液，將分散液升溫至110°C，攪拌反應(yīng)10小時(shí)，待反應(yīng)充分完成后收集得到產(chǎn)物，將所得產(chǎn)物分別用無(wú)水乙醇和去離子水充分洗滌，經(jīng)干燥后，即可得到鐵酸鎳/氧化鉍/四氧化三鐵/銀納米復(fù)合粒子；

5）將步驟4中所述鐵酸鎳/氧化鉍/四氧化三鐵/銀納米復(fù)合粒子與無(wú)水乙醇和氨水按質(zhì)量比1：900：4.5充分混合，然后加入鈦源，鈦源與鐵酸鎳/氧化鉍/四氧化三鐵/銀納米復(fù)合粒子的質(zhì)量比為1.5:1，在45°C的溫度下攪拌18小時(shí)，待反應(yīng)充分完成后收集得到產(chǎn)物，將所得產(chǎn)物分別用無(wú)水乙醇和去離子水充分清洗，經(jīng)干燥后，在500°C的溫度下空氣氛圍中煅燒2.5小時(shí)，即得到磁性光催化納米復(fù)合材料。

本發(fā)明實(shí)施3例中，一種磁性光催化納米復(fù)合材料的制備方法，其具體包括以下步驟：

1）四氧化三鐵制備，將鐵鹽與穩(wěn)定劑和還原劑按照質(zhì)量比1:0.9:3加入到醇類溶劑中，完全溶解后獲得鐵離子濃度為0.2M的溶液；將所得溶液轉(zhuǎn)移到高壓反應(yīng)釜內(nèi)，在220°C的溫度下反應(yīng)10小時(shí)后，得到黑色產(chǎn)物，將所述黑色產(chǎn)物分別用去離子水和無(wú)水乙醇充分洗滌，經(jīng)干燥后，最終得到四氧化三鐵納米粒子；

2）制備鐵酸鎳，按比例將硝酸鎳和硝酸鐵充分溶解在去離子水中，用堿性溶液a調(diào)節(jié)pH至14，得到混合溶液A；將混合液A轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)膽的不銹鋼反應(yīng)釜中，進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，用去離子水和乙醇洗滌，干燥后得到鐵酸鎳粉體；

3）四氧化三鐵、鐵酸鎳氧化鉍混合，按比例將硝酸鉍、硫酸鈉和鐵酸鎳溶解于去離子水中，得到溶液B，將堿性溶液b與溶液B混合得到溶液C；將溶液C轉(zhuǎn)移至微波反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，用去離子水和乙醇洗滌，干燥后得到可見(jiàn)磁性光催化材料；

4）將步驟3中得到的磁性光催化材料以及硝酸銀和表面活性劑按照質(zhì)量比1:0.5:115加入到乙二醇中，得到磁性光催化材料納米粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的分散液，將分散液升溫至20°C，攪拌反應(yīng)12小時(shí)，待反應(yīng)充分完成后收集得到產(chǎn)物，將所得產(chǎn)物分別用無(wú)水乙醇和去離子水充分洗滌，經(jīng)干燥后，即可得到鐵酸鎳/氧化鉍/四氧化三鐵/銀納米復(fù)合粒子；

5）將步驟4中所述鐵酸鎳/氧化鉍/四氧化三鐵/銀納米復(fù)合粒子與無(wú)水乙醇和氨水按質(zhì)量比1：1000：5充分混合，然后加入鈦源，鈦源與鐵酸鎳/氧化鉍/四氧化三鐵/銀納米復(fù)合粒子的質(zhì)量比為2:1，在50°C的溫度下攪拌24小時(shí)，待反應(yīng)充分完成后收集得到產(chǎn)物，將所得產(chǎn)物分別用無(wú)水乙醇和去離子水充分清洗，經(jīng)干燥后，在600°C的溫度下空氣氛圍中煅燒3小時(shí)，即得到磁性光催化納米復(fù)合材料。

所述穩(wěn)定劑為檸檬酸鈉，還原劑為醋酸鈉。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。