/海泡石复合光催化剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光催化氧化法技术领域，具体地说涉及一种NiFe2O4ZtiO2/海泡石复合 光催化剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 光催化氧化法技术，是近二十几年来应用于废水领域的一种新型高效的工业废水 处理技术。光催化氧化法技术中常用的光催化剂是纳米TiO2，它用于废水处理，是环保技 术的一个新突破。纳米TiO 2光催化剂在紫外光的照射下，能产生氧化和还原能力较强的电 子-空穴对，能有效降解造纸废水中的氯代酚类、卤代烃类、二恶英、各种有机酸等，且除净 度高、降解速度快、无二次污染，使用周期长、适用的污染物广，达到一次性降解污染物的目 的，所以对它的研宄十分广泛。
[0003] 目前，1102作为光催化剂在实际应用过程中存在一些不足之处，例如：Ti〇 2的光催 化剂量子效率低，选择吸附性差，固化条件苛刻，易凝聚、易失活，而且光谱响应范围在紫外 光区，太阳光谱中可见光部分不能有效利用，这些都限制了 TiO2的工业应用。针对1102作 为光催化剂存在的不足，目前国内外对TiO 2光催化剂主要进行两个方面的改性研宄：一是 开发TiO2负载型光催化剂；二是通过掺杂对TiO 2进行改性，使其在实际应用中得到更好地 利用。
[0004] 在TiO2负载型光催化剂研宄领域中，有研宄人员开发出TiO2/海泡石负载型光 催化剂，这种催化剂是在海泡石表面包裹TiO 2，海泡石为含水镁铝硅酸盐粘土矿物，价格便 宜，来源广泛，是一种具有更大比表面积的多孔介质材料，可以提高对有机污染物的吸附效 果。海泡石晶体结构中存在大量微孔道，是由无数平行管状孔道组合，其比表面积大，海泡 石吸附性质受到其晶体结构的制约。海泡石表面电荷是由其表面的Si-O键和Al-O键发生 水解破裂，既能成为酸，也能作为碱，破键水解产生的R-OH上的羟基（-OH)，故其具有两性， 这些表面反应使海泡石表面带电荷。改性作用主要是使海泡石在水溶液中的结构电荷和表 面电荷发生改变，从而改变海泡石的带电性和吸附活性。
[0005] 在通过掺杂对TiO2进行改性领域，有研宄人员利用磁性材料对TiO2进行掺杂以形 成的复合催化剂，常用的掺杂手法有在Fe3O4或CoFe 204表面包裹TiO 2，这种复合催化剂可增 大光吸收范围，光催化活性。另外由于掺杂了磁性材料，有利于催化剂的回收和再利用。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种同时拥有吸附效果好、光催化活性高、能 够回收和重复利用的优点的NiFe2O4AiO2/海泡石复合光催化剂。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种NiFe204/Ti02/海泡石复 合光催化剂，成分包括海泡石、1102和NiFe 204，海泡石为载体，TiO2以膜的形式包裹在海泡 石表面，NiFe 2O4以颗粒的形式负载在TiO2表面。
[0008] 进一步的，其中Ni的含量为1 一2wt%、Fe的含量为1.9一3. 8wt%、Ti的含量为 12- 18wt %，余分为海泡石。NiFe2O4ZtiO2/海泡石复合光催化剂的各组分含量在此范围内 时，其催化效果较好。
[0009] 进一步的，Ni的含量为1.5wt%、Fe的含量为2.8wt%、Ti的含量为15wt%，余分 为海泡石。
[0010] 本发明还提供所述的NiFe2O4ZtiO2/海泡石复合光催化剂的制备方法，包括以下步 骤：
[0011] ⑴海泡石的预处理
[0012] 将海泡石粉碎成末，置于浓度为5 -15%的稀硝酸中浸泡15 - 24h，过滤、用水漂 洗至中性后烘干，然后在400- 500°C的温度下煅烧2 - 4h，用水漂洗并将漂浮于水体中上 部位的海泡石过滤出来，干燥后筛取粒径为100 -125目的海泡石粉末作为载体；
[0013] (2) TiO2溶胶的制备
[0014] 室温下，按体积份，将15 - 20的钛酸丁酯充分溶解于40- 50的无水乙醇中，然后 加入5-6的乙酰丙酮，得到溶液A，将0. 75- I. 0的蒸馏水和20- 25的无水乙醇充分混合 后得到溶液B，在不断搅拌的条件下将溶液B逐渐加入到溶液A中，然后用浓硝酸或浓盐酸 将pH值调至4一5,搅拌1 一2h，加入1 一 1.5的聚乙二醇，然后在40- 65°C的条件下搅拌 1 一 I. 5h，得到黄色透明的TiO2溶胶，将TiO 2溶胶在室温下陈化12 - 15h ;
[0015] (3)在海泡石表面包裹1102膜
[0016] TiOJ莫的层数为1一3层，每层TiO 2膜的形成方法为：室温下，将海泡石加入到 TiO2溶胶中，搅拌至与TiO2溶胶完全混合，然后在70-85°C的条件下烘干，最后在400- 500°C的条件下煅烧1 一 3h，冷却后备用；
[0017] (4)在TiO2膜表面负载NiFe 204颗粒
[0018] 室温下，按重量份，将 2. 91-5. 82 的 Ni (NO3)2 · 6H20 和 8. 08-16. 16 的 Fe(NO3)3 ·9Η20 加入到 55. 3- 63. 2 的无水乙醇中，搅拌 30- 60min，用 5- 20mol/L 的 NaOH 溶液将PH值调至9一 10,然后加入包裹有TiOJ莫的海泡石，搅拌30- 60min，然后在160- 180°C的条件下反应18 - 24h，冷却后进行固液分离、水洗，最后在70- 85°C的条件下烘干， 即得所述的NiFe2O4ZtiO2/海泡石复合光催化剂。
[0019] 为简洁描述起见，以下本发明所述的NiFe2O4ZtiO 2/海泡石复合光催化剂简称为本 催化剂，所述的NiFe204/Ti0 2/海泡石复合光催化剂的制备方法简称为本方法。
[0020] 本发明的有益效果为：
[0021] (1)本催化剂将TiO2以膜的形式包裹在海泡石表面，NiFe2O 4以颗粒的形式负载在 TiO2表面，NiFe 204以颗粒的形式负载在TiO 2膜表面，不会遮住全部的TiO 2膜，而是和TiO 2 形成一个符合效应，将海泡石作为载体，可进一步提高催化剂的吸附能力，从而使得本催化 剂同时拥有吸附效果好、光催化活性高、能够回收和重复利用的优点，而且拓展了光响应范 围，本催化剂不仅在紫外光区的催化活性得到提高，而且响应波长从紫外光区移至可见光 区，从而能够提高太阳光的利用率。
[0022] (2)本催化剂采用了 NiFe2O4, NiFe2O4不但具有磁性作用，易于回收和重复利用，而 且NiFe2O 4作为催化剂在紫外光下也能够催化降解污染物，其负载在TiO J莫表面，一方面提 高本催化剂在紫外光区的降解率，另一方面将光响应范围拓宽至可见光区。
[0023] (3)本方法是以水热法将NiFe2O4合成负载在TiO 2膜表面，水热法的特点是能够 制备出纯度较高、分散性好、晶形好的纳米颗粒，这样就使得NiFe2O4以纳米颗粒的形态非 常均匀地负载在TiO2膜表面，而且由于在水热反应之前采用的是强制水解生成Ni (OH) 2和 Fe (OH) 3，没有添加水解抑制剂和表面活性剂，从而保证在随后的水热反应中NiFe2O4不易以 膜的形式存在，而是以颗粒状态分布在110 2膜表面。
[0024] (4)本方法在海泡石的预处理过程中对海泡石进行煅烧，可以将海泡石表面及内 部孔隙中的杂质变成气态物质去除，从而增大海泡石比表面积和孔隙率，提高海泡石的表 面积和吸附能力，有利于TiO 2的负载，提高光催化性能。
[0025] (5)本方法在TiO2溶胶的制备过程中，钛酸四丁酯与蒸馏水发生水解反应生成 TiO2溶胶，由于钛酸丁酯的水解十分剧烈，所以加入乙酰丙酮作为它的抑制剂，乙酰丙酮与 钛酸丁酯形成配位体，使大量的水不能去除，这些配位体阻止了水解反应进行，和TiO 2进一 步的聚合，从而形成稳定的胶体溶液。
[0026] (6)本方法在海泡石表面包裹TiO2膜的过程中包裹了 1一3层TiO 2膜，随着TiO 2 膜层数的增加，催化效果会越来越好，当TiO2膜层数超过3层时，催化效