一種氨基功能化磁性光催化劑及其制備方法與應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)保技術領域，具體涉及一種氨基功能化磁性光催化劑及其制備方法與應用。
【背景技術】
[0002]光催化技術作為一種新興的環(huán)境凈化技術，它的應用研究已在有機物降解、水質(zhì)處理、環(huán)境保護等領域廣泛展開，光催化技術能將難降解有機污染物氧化、分解，直至H20、CO2和無機鹽等，為徹底解決水污染問題提供了新的手段，它在環(huán)境污染治理中有廣闊的應用前景。
[0003]針對有機廢水的光催化難降解，普通均相芬頓系統(tǒng)的低pH要求和產(chǎn)生含鐵污泥的問題，經(jīng)對現(xiàn)有技術的相關檢索發(fā)現(xiàn)，中國發(fā)明申請專利號為201510167318.3，發(fā)明名稱為uLiBi(WO4)2紫外光催化劑的制備方法及其運用”中的LiBi (WO4)2紫外光催化劑就可以解決以上問題。然而，光催化劑分散在水中，在水污染處理中造成了難以分離回收的難題，而現(xiàn)有的技術中的磁性光催化劑已經(jīng)成功解決該難題。磁性納米材料不僅具有納米材料特有的小尺寸效應、表面效應等優(yōu)點，還具有不同于常規(guī)材料的超順磁性，能夠在外加磁場的輔助下輕易的實現(xiàn)分離回收，避免了材料的浪費以及可能造成的危害和污染。因此，磁性納米顆粒及其復合材料在催化、生物分離、靶向給藥、磁共振成像和分析化學等領域具有廣闊的應用前景。況且在水污染處理中，多相催化中的催化劑和原料、產(chǎn)物不同相，接觸面積小，催化劑用量較大，效率相對較低;而相比之下，均相催化中的反應物、催化劑和產(chǎn)物都在同一相中，接觸面積大，催化劑用量少，催化效率高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術中懸漿型光催化劑難以分離的缺點和不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種氨基功能化磁性光催化劑的制備方法。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于提供上述制備方法制備得到的氨基功能化磁性光催化劑，該催化劑可溶于水而達到均相催化提高效率。
[0006]本發(fā)明的再一目的在于提供上述氨基功能化磁性光催化劑的應用。
[0007]本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現(xiàn):
[0008]—種氨基功能化磁性光催化劑的制備方法，包含如下步驟:
[0009](I)將LiBi (WO4)2和納米Fe3O4混合，加入乙醇水溶液作為溶劑，并調(diào)節(jié)體系pH為4?6，超聲分散，使團聚的顆粒分散完全;超聲分散后加入乙二胺并攪拌0.5h?2h，使之與金屬離子形成配合物而延長鏈結構;然后磁性分離去除固體，得到液體;除雜，干燥，得到LiBi
(W04)2_Fe304;
[0010](2)將步驟(I)制得的LiBi(WO4)2-Fe3O4溶于乙醇中，調(diào)節(jié)溶液pH為9?11;然后同時滴加PMHS(聚甲基含氫硅氧烷)和TEOS(正硅酸乙酯)，滴加完成后再滴加ATPMS(氨基功能化有機烷氧基硅烷或3-氨丙基三甲氧基硅烷)作為氨基偶聯(lián)劑至體系呈溶膠態(tài)，然后攪拌反應12h?24h，使PMHS中的活潑氫原子完全被乙氧基取代;隨后靜置老化2?5天，溶膠完全轉化為凝絮體；干燥，除雜，再次干燥，得到氨基功能化磁性光催化劑(LiBi (WO4)2NH2-
Fe304)；
[0011 ] 步驟(I)中所述的LiBi (W04)2和納米Fe304的摩爾比優(yōu)選為(1:1)?(1:3);
[0012]步驟(I)中所述的乙二胺和納米Fe3O4的摩爾比優(yōu)選為1:1;
[0013]步驟(I)中所述的乙醇水溶液中，無水乙醇和水的體積比優(yōu)選為(1:1)?(3:2);
[0014]步驟(I)中所述的乙醇水溶液應完全浸沒LiBi (WO4)2和納米Fe3O4;
[0015]步驟(I)中所述的超聲分散的時間優(yōu)選為0.3-1.0h；
[0016]步驟(I)中所述的除雜的條件優(yōu)選為:Imol.L-1NH4NO3溶液60°C萃取2?4次，再用乙醇清洗I?3次；
[0017]步驟(I)中所述的干燥的條件優(yōu)選為:180°C?220 °C真空烘干8h?12h;
[0018]步驟(2)中所述的乙醇優(yōu)選為無水乙醇；
[0019]步驟(2)中所述的1^丨(￥04)246304與六了?]\^的摩爾比優(yōu)選為1:1;
[0020 ] 步驟(2)中所述的PMHS、TEOS和ATPMS的摩爾比優(yōu)選為(1:1:2)?(1:1:4);
[0021]步驟(2)中所述的攪拌反應的條件優(yōu)選為:室溫下反應12h?24h;
[0022]步驟(2)中所述的干燥與再次干燥的條件優(yōu)選為800C?110°C下真空干燥24h?48h；
[0023]步驟(2)中所述的除雜優(yōu)選為:去離子水洗滌3?5次，去除固體上殘留的未反應物質(zhì)(例如:調(diào)節(jié)PH的堿溶液NaOH等)；
[0024]—種氨基功能化磁性光催化劑，通過上述制備方法制備得到；
[0025]所述的氨基功能化磁性光催化劑在光催化領域中的應用；
[0026]所述的氨基功能化磁性光催化劑在有機物降解、水質(zhì)處理或環(huán)境保護領域中的應用；
[0027]本發(fā)明的原理:利用乙二胺和Fe3O4反應使之與金屬離子形成配合物而延長鏈結構而最終得到LiBi(W04)2_Fe304，再利用ATPMS作為氨基偶聯(lián)劑偶聯(lián)得到氨基功能化磁性光催化劑(LiBi(WO4)2NH2-Fe3O4)，使之能夠均相分散在水中。
[0028]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術具有如下的優(yōu)點及效果:
[0029](I)本發(fā)明制備得到的氨基功能化磁性光催化劑使用后可再次回收利用，可以使分散在水中的光催化劑達到分離效果。
[0030](2)本發(fā)明制備得到的氨基功能化磁性光催化劑可以溶于水因而可以通過均相催化更高效降解有機污染物，將本發(fā)明制備的氨基功能化磁性光催化劑用于亞甲基藍廢水時，大大加快水有機污染物的處理。
[0031 ] (3)本發(fā)明提供的制備方法簡單，成本低投資小。
【具體實施方式】
[0032]下面結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0033]實施例中的LiBi(WO4)2參照中國發(fā)明申請專利號為201510167318.3，發(fā)明名稱為uLiBi(WO4)2紫外光催化劑的制備方法及其運用”制備得到；
[0034]實施例1
[0035](I)將LiBi(WO4)2和納米Fe3O4按照摩爾比1:1混合，加入乙醇水溶液(無水乙醇和水的體積比為1:1)作為溶劑，并調(diào)節(jié)體系PH值為4，超聲分散0.3h，使團聚的顆粒分散完全；超聲分散后加入乙二胺(乙二胺與納米Fe3O4的摩爾比為1:1)，攪拌0.5h，使之與金屬離子形成配合物而延長鏈結構;然后磁性分離去除固體，得到液體;除雜(Imol.L-1NH4NO3溶液60°C萃取2次，再用乙醇清洗3次)，180°C真空烘干12h，得到LiBi(WO4)2-Fe3O4;
[0036](2)將步驟(I)制得的LiBi(WO4)2-Fe3O4溶于溶劑無水乙醇中，再加入堿溶液(NaOH溶液)，調(diào)節(jié)溶液PH為9;然后同時滴加PMHS和TEOS，滴加完成后再滴加氨基功能化有機烷氧基硅烷ATPMS作為氨基偶聯(lián)劑至體系呈溶膠態(tài)，其中，ATPMS與LiBi (W04)2_Fe304的摩爾比為1:1，PMHS、TE0S和ATPMS的摩爾比為1: 1: 2;然后室溫下攪拌反應12h，使PMHS中的活潑氫原子完全被乙氧基取代；隨后靜置老化2天，溶膠完全轉化為凝絮體;80 V下真空干燥48h，去離子水洗滌3次，去除固體上殘留的NaOH，再次80°C下真空干燥48h，得到氨基功能化磁性光催化劑(LiBi(W04)2NH2-Fe304)；
[0037](3)將步驟(2)制得的氨基功能化磁性光催化劑用于降解亞甲基藍廢水:以1.0g/L的亞甲基藍溶液作為污水模型，在磁力攪拌下分別與UV/H2O2 (0.5 % (W/W) H2O2)體系(對照)、LiBi(W04)2NH2-Fe304氨基功能化磁性光催化劑