一種二氧化鈦/四氧化三鐵納米復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于紫外光光催化領域，具體涉及一種二氧化鈦/四氧化三鐵納米復合材料及其制備方法，及其在紫外光下催化降解水中污染物的應用。
【背景技術】
[0002]納米T12是一類重要的無機半導體材料，由于具有無毒害及良好的光化學穩(wěn)定性，廣泛用于光催化、染料敏化光伏電池及光催化裂解水制氫等領域。二維結構的納米級打02對光利用率較高，表面活性高，是一類理想的光催化材料。
[0003]近來，隨著人們對2D結構納米材料研宄的深入，人們發(fā)現(xiàn)納米片具有比表面積大、楊氏模量大、化學穩(wěn)定性好、高的電導率和熱導率，在催化材料、半導體材料、傳感材料方面有著較大的潛在應用價值，其中包括2D結構的1102納米片。
[0004]然而就T12光催化應用而言還存在著光催化效率低，回收困難等問題；因此人們通過制備復合材料來解決這些問題，傳統(tǒng)的T12包覆Fe 304結構存在著低催化活性和光溶解問題；因此如何設計一種復合方法以解決打02和Fe 304復合中存在的問題，實現(xiàn)T1 2的磁性回收和催化性能改善有著重要的意義。

【發(fā)明內容】

[0005]發(fā)明目的在于提供一種二氧化鈦/四氧化三鐵納米復合材料制備方法及其在紫外光催化處理污染物中的應用。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
利用F-離子T1 2晶面調控作用，在鈦酸四丁酯中加入HF，水熱反應可以制備T1 2納米片，并用六水氯化鐵作為鐵源，抗壞血酸作為還原劑，在制備得到的打02納米片表面復合Fe3O4,制備得到的復合物可用于磁性回收和紫外光光催化降解羅丹明B，且光催化性能優(yōu)于單一 T12，與傳統(tǒng)的1102直接包覆Fe 304結構相比避免了低催化活性和光溶解問題。
[0007]—種二氧化鈦/四氧化三鐵納米復合材料制備方法，其特征在于采用以下步驟制備:
(I)將鈦酸四丁酯，氫氟酸按比例混合，在反應釜內反應，溫度160°C，時間24h。
[0008](2)將水熱反應產物抽濾洗滌，干燥，得到二維1102納米片。
[0009](3)將二維納米T12在水溶液中超聲后，依次加入六水氯化鐵，碳酸氫鈉，抗壞血酸，按比例混合后，在反應釜內水熱反應，150 °C條件下，反應24h。
[0010](4)將水熱產物離心乙醇清洗和去離子水清洗，干燥即可得到二維納米Ti02/Fe304復合材料。
[0011]步驟(I)中，鈦酸四丁酯和氫氟酸的體積比為15:2。
[0012]步驟(2)中，水熱反應產物抽濾洗滌過程為:先用乙醇洗滌3次主要去除有機物，再用水洗滌3次主要去除離子。
[0013]步驟(3)中，1102水溶液的濃度為10g/L，超聲功率180W，超聲時間Ih ;二維納米T12、六水氯化鐵、碳酸氫鈉和抗壞血酸的質量比為:2:1.418:1.324:0.18，該配比和物料的加入次序保證了 Fe3O4的有效合成與復合；所述混合過程為:在超聲后的T12水溶液中的藥品加入次序為:六水氯化鐵，碳酸氫鈉，抗壞血酸。
[0014]所述催化劑用于水中目標污染物的紫外光催化降解。
[0015]所述目標污染物為羅丹明B。
[0016]本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于:以鈦酸四丁酯為鈦源，HF為封端劑，體積比15:2，水熱條件下反應，可以成功制備出厚度3.6nm，尺寸40_75nm的T12納米片，且制備的T12晶型為銳鈦礦型，富含(001)晶面；在1102納米片表面一步直接復合負載Fe3O4納米粒子，避免了傳統(tǒng)T12包覆Fe 304結構的低催化活性和光溶解問題，而該問題會導致復合物的光催化活性低于原來單一 T12;本專利制備的一種二氧化鈦/四氧化三鐵納米復合材料一方面使得T12具有磁性便于回收重復使用，另一方面其紫外光催化性能優(yōu)于原單一 T1 2。
【附圖說明】
[0017]圖1為實施例2制備方法制備的催化劑XRD對比圖。
[0018]圖2為實施例2方法制備的催化劑電子透射顯微鏡下的圖示。
[0019]圖3、圖4為實施例3方法所得到的催化曲線。
【具體實施方式】
[0020]一種二氧化鈦/四氧化三鐵納米復合材料方法，其制備方法包括以下步驟:
(I)將鈦酸四丁酯，氫氟酸按比例混合，在反應釜內反應，溫度160°C，時間24h。
[0021](2)將水熱反應產物抽濾洗滌，干燥，得到二維納米Ti02。
[0022](3)將二維納米T12在水溶液中超聲后，依次加入六水氯化鐵，碳酸氫鈉，抗壞血酸，按比例混合后，在反應釜內水熱反應，150 °C條件下，反應24h。
[0023](4)將水熱產物離心乙醇清洗和去離子水清洗，干燥即可得到二維納米Ti02/Fe304復合材料。
[0024]步驟(I)中，鈦酸四丁酯和氫氟酸的體積比為15:2。
[0025]步驟(2)中，水熱反應產物抽濾洗滌過程為:先用乙醇洗滌3次主要去除有機物，再用水洗滌3次主要去除離子。
[0026]步驟(3)中，1102水溶液的濃度為10g/L，超聲功率180W，超聲時間Ih ;二維納米T12、六水氯化鐵、碳酸氫鈉和抗壞血酸的質量比為:2:1.418:1.324:0.18 ;所述混合過程為:在超聲后的T1jK溶液中藥品加入次序為六水氯化鐵，碳酸氫鈉，抗壞血酸。
[0027]將上述制備方法制得的催化劑用于水中羅丹明B的紫外光光催化降解。
[0028]下面列舉實施例制備催化劑。
[0029]實施例1:Ti02納米片的制備
用量筒量取鈦酸四丁酯15ml，倒入去四氟乙烯內襯的反應釜內，在通風櫥內用移液槍量取HF 2ml倒入反應釜內，混合后將反應釜放置在烘箱內設置160 °C，反應24h ;反應結束后，抽濾機抽濾，乙醇洗滌3次，水洗3次Γ冼滌后的樣品在干燥箱內60°C干燥完全后得到白色樣品。
[0030]實施例2:Ti02/ Fe3O4納米復合材料的制備取實施例1制備的T12適量，在瑪瑙研缽內研磨充分細致，稱取0.2g，倒入20ml去離子水的燒杯內充分攪拌均勻，超聲Ih ;另取一個燒杯，稱取適量六水合三氯化鐵，用1ml去離子水溶解，磁力攪拌lOmin，使得六水合三氯化鐵充分溶解，然后將超聲好的懸浮液倒入六水合三氯化鐵溶液中，磁力攪拌lOmin，攪拌均勻后溶液呈黃白色；最后稱取適量碳酸氫鈉和抗壞血酸，依次加入到溶液中，磁力攪拌20min，最后將磁力攪拌好的懸浮液轉移到反應釜內，放到干燥箱內，在150°C條件下，反應24h ;反應結束后，室溫內卻。將反應產物用離心機離心清洗，先用乙醇清洗，最后再用去離子水清洗，清洗次數(shù)不低于4次，離心機轉速10000r/min，時間1min ;然后將產物放置冰箱內冷凍完全，將冷凍好的樣品轉移到冷凍干燥機內干燥90min。干燥好以后，即可得到黑色粉末樣品。
按實施例2方法制備的催化劑，經X射線衍射儀掃描后，見圖1，在2Θ為25.8°，37.7°，47.8。和55.0。分別對應(101)，(004)，(200)，(211)晶面，晶型為銳鈦礦型(空間群組是141/amd)，說明產物含有Ti02;30°，36。，54。，63。，70.8。處存在衍射峰，衍射峰對應晶面分別為(220)，(311)，(422)，(511)，(440)，對應產物為Fe304。
[0031]按實施例2方法制備的催化劑，經透射電子顯微鏡后，見圖2，所合成的催化劑具有納米片結構，且有Fe3O4納米顆粒復合在T1 2表面。
[0032]實施例3:催化劑在紫外光下降解羅丹明B
按實施例1和2方法制備的催化劑進行降解羅丹明B的實驗，羅丹明B溶液的濃度是IXlO^mol L—1;取催化劑lOOmg，置于10ml上述羅丹明B溶液中，在暗室中攪拌30分鐘，然后將溶液置于紫外光源中，每10分鐘取4ml羅丹明B溶液，用紫外-可見分光光度計測出溶液中羅丹明B的特征峰值。
[0033]按實施例3得到催化劑紫外光降解羅丹明B的降解曲線，圖3為施例I制備得到催化劑的紫外光催化曲線，圖4為施例2制備得到催化劑紫外光催化曲線；圖3可以看出施例I制備的催化劑在150min后催化仍不完全，圖4可以看出施例2制備的催化劑在80min后降解完全。
【主權項】
1.一種二氧化鈦/四氧化三鐵納米復合材料，其特征在于:Fe 304納米粒子負載在二維納米T12的表面上。2.如權利要求1所述的一種二氧化鈦/四氧化三鐵納米復合材料，其特征在于:所述二維納米1102的厚度為3.6nm，尺寸為40-75nm，Ti0-aB型為銳鈦礦型，富含(001)晶面。3.如權利要求1所述的一種二氧化鈦/四氧化三鐵納米復合材料的制備方法，其特征在于:將二維納米T12在水溶液中超聲后，依次加入六水氯化鐵，碳酸氫鈉，抗壞血酸，按比例混合后，在反應Il內水熱反應，在Ti02m米片表面一步直接復合負載Fe 304納米粒子，離心清洗、干燥后即可得到二維納米Ti02/Fe304復合材料。4.如權利要求3所述的一種二氧化鈦/四氧化三鐵納米復合材料的制備方法，其特征在于具體步驟如下: (1)將鈦酸四丁酯，氫氟酸按比例混合，在反應釜內反應，溫度160°C，時間24h; (2)將水熱反應產物抽濾洗滌，干燥，得到二維1102納米片。5.如權利要求4所述的一種二氧化鈦/四氧化三鐵納米復合材料的制備方法，其特征在于:步驟(I)中，鈦酸四丁酯和氫氟酸的體積比為15:2。6.如權利要求4所述的一種二氧化鈦/四氧化三鐵納米復合材料的制備方法，其特征在于:步驟(2)中，水熱反應產物洗滌過程為:先用乙醇洗滌3次主要去除有機物，再用水洗滌3次主要去除離子。7.如權利要求3所述的一種二氧化鈦/四氧化三鐵納米復合材料的制備方法，其特征在于:水熱反應指在150°C條件下，反應24h。8.如權利要求3所述的一種二氧化鈦/四氧化三鐵納米復合材料的制備方法，其特征在于:1102水溶液的濃度為10g/L，超聲功率180W，超聲時間Ih ;二維納米T12、六水氯化鐵、碳酸氫鈉和抗壞血酸的質量比為:2:1.418:1.324:0.18。9.如權利要求1所述的一種二氧化鈦/四氧化三鐵納米復合材料用于水中目標污染物的紫外光催化降解的用途。10.如權利要求9所述的用途，其特征在于:所述目標污染物為羅丹明B。
【專利摘要】本發(fā)明屬于紫外光光催化領域，具體涉及一種二氧化鈦/四氧化三鐵納米復合材料及其制備方法。本發(fā)明在TiO2納米片的微觀二維結構可控合成的基礎上，進一步合成TiO2/Fe3O4納米復合材料，該法首次在TiO2表面一步直接復合負載Fe3O4納米粒子，避免了傳統(tǒng)TiO2包覆Fe3O4結構導致的低催化活性和光溶解問題，從而一方面使得TiO2具有磁性便于回收重復使用，另一方面改善紫外光催化性能。<b/>
【IPC分類】B01J23/745, B82Y40/00, C02F1/32, B82Y30/00
【公開號】CN104923230
【申請?zhí)枴緾N201510229189
【發(fā)明人】王靜靜, 沙大巍, 吳肖, 任杰, 戴煜, 嚴學華
【申請人】江蘇大學
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年5月8日