包覆的磁性纳米复合粒子及其制备方法和用图_3

文档序号:9337738阅读:来源:国知局
XRD图中均没有观察到SiO2的特征峰 (JCPDSFileNo. 20-1050),可见在Fe3O4磁核外均形成了无定型SiOJl。而且,在XRD图 中也没有看到明显的WO3特征峰,其原因可能是WO3的浓度太低或WO3高度分散于TiO2中。
[0091]图5是300K下测得的三种磁性粒子的VSM图(磁性分析图),其中a、b、c曲线分 别为Fe3O4粒子、Fe304@Si02粒子和新型TiO2/W03包覆的磁性纳米复合粒子。由图5可知, 三条磁性曲线具有相似普通形状,而且没有观察到剩余磁性,说明三种磁性粒子均具有超 顺磁性。Fe304、Fe3O4OSiO2和新型Ti02/W03包覆的磁性纳米复合粒子的饱和磁化强度分别 为60. 99高斯、18. 51高斯和1. 82高斯,可见SiOjPTiO2/WOJl均减弱了内核的磁性。但 最终催化剂仍具有较好磁性,在磁铁作用下可快速与反应液分离。
[0092] Ti02/W03包覆的磁性纳米复合粒子的吸附性能研究:
[0093]取4. 0毫升不同浓度的所述偶氮染料溶液,分别加入20毫克所述Ti02/W03包覆的 磁性纳米复合粒子,在黑暗中25摄氏度下恒温震荡5小时后,经外部磁场分离得到溶液,测 定所述溶液的吸光度,绘制静态吸附曲线。
[0094] 所述偶氮染料分别为甲基橙、酸性大红、刚果红和媒介黑T,对应水溶液的最大吸 收波长为测量波长分别为464纳米、504纳米、496纳米和527纳米。
[0095] 所述甲基橙和酸性大红的水溶液浓度均为3晕克每升、6晕克每升、9晕克每升、12 毫克每升和15毫克每升,所述刚果红和媒介黑T的水溶液浓度均为10毫克每升、20毫克每 升、30晕克每升、40晕克每升和50晕克每升。
[0096] 图6是四种偶氮染料在新型Ti02/W03包覆的磁性纳米复合粒子上的吸附曲线。由 图6可知,随着浓度的增大,刚果红、媒介黑T和酸性大红在所述1102/103包覆的磁性纳米 复合粒子上的吸附量明显增加,而甲基橙的吸附量较小。主要原因可能是刚果红、媒介黑T 和酸性大红均可通过-OH(或-NH2)与TiO2形成氢键作用而增大吸附量,而甲基橙分子无法 与TiO2B成氢键。催化剂对所述偶氮染料的高吸附能力十分有利于提高其催化降解能力。
[0097] pH值对Ti02/W03包覆的磁性纳米复合粒子催化活性的影响:
[0098] 取4. 0毫升所述偶氮染料溶液,在pH值分别为5、6、7、8、9的条件下,分别加入 20. 0毫克所述1102/103包覆的磁性纳米复合粒子作为催化剂,置于太阳光下照射2天后, 测定溶液吸光度,计算降解率(D)。
[0099] 所述降解率的计算公式:
[0100] D= (C0-C)/c0,
[0101] 式中c。和c分别为降解前后所述偶氮染料溶液的浓度(毫克每升)。
[0102] 同时,还试验了"无催化剂+光照"和"有催化剂+黑暗"两种情况下所述偶氮染 料溶液在pH= 8时的降解情况,用作对照实验。
[0103] 所述偶氮染料分别为甲基橙、酸性大红、刚果红和媒介黑T,对应水溶液的浓度分 别为10晕克每升、15晕克每升、50晕克每升、50晕克每升。
[0104] 图7-图10分别是不同pH下新型1102/103包覆的磁性纳米复合粒子对刚果红、 媒介黑T、酸性大红和甲基橙染料的降解率图,其中,Cat表示加催化剂;SL表示太阳光 照射。由图7-图10可见,在"有催化剂+光照"的条件下,四种所述偶氮染料溶液在pH 为5-9的条件下均能被很好降解,刚果红、媒介黑T、酸性大红和甲基橙的降解率分别为 98. 2% -99. 0%、95. 6% -99. 0%、97. 2% -99. 3%和 90. 4-95. 3%,且降解率受酸度影响不 大。但四种所述偶氮染料溶液的对照实验结果略有差别。在"无催化剂+光照"和"有催化 剂+黑暗"的条件下刚果红(降解率为65. 0%和92. 0% )和媒介黑T(降解率为57. %和 77. 0% )也能降解,但催化剂的催化效果明显;而在相同条件下酸性大红(降解率为1. 7% 和26. 2% )和甲基橙(降解率为L2%和4. 6% )却降解很少或几乎不降解,说明催化剂和 光照两个条件缺一不可。
[0105] Ti02/W03包覆的磁性纳米复合粒子的循环使用性能研究:
[0106] 以刚果红为对象考察所述催化剂的循环使用性能,每次催化循环后催化剂经30% H2O2和水处理,再进行后续循环实验。
[0107] 图11是新型1102/103包覆的磁性纳米复合粒子的循环使用性能图。由图11可 知,循环使用5次后,催化剂的降解性能没有明显降低,说明所述110 2/103包覆的磁性纳米 复合粒子可循环使用。
[0108] 本发明提供的一种新型Ti02/W03包覆的磁性纳米复合粒子的应用,具体内容包 括:以所述新型Ti02/W03包覆的磁性纳米复合粒子为催化剂,在模拟可见光或太阳光照射 下降解偶氮染料。
[0109] 可见光照射下偶氮染料的光降解动力学研究:
[0110] 步骤S210,取所述催化剂分别加入所述偶氮染料溶液中,得到混合溶液A。
[0111] 在本步骤中,所述催化剂的用量为0. 5克,所述偶氮染料溶液体积为100毫升。
[0112] 在本步骤中,所述偶氮染料选自甲基橙、刚果红、媒介黑T和酸性大红中的一种, 所述偶氮染料溶液浓度分别为10晕克每升、50晕克每升、50晕克每升、15晕克每升。
[0113] 步骤S220,在距离所述混合溶液A4. 5厘米处,利用所述模拟可见光对所述混合溶 液A进行照射,同时进行机械搅拌,并利用循环水控制水温,每隔一定时间吸取一定体积的 所述混合溶液A进行外部磁场快速分离,测定吸光度。绘制降解动力学曲线。
[0114] 在本步骤中,所述模拟可见光的光源为自制的氙灯,功率为300瓦,且带一个400 纳米截止滤光片。
[0115] 在本步骤中,所述降解的条件为常温常压,且无需另加化学试剂,所述一定体积为 4毫升。
[0116] 在本步骤中,催化后所述催化剂通过外部磁场分离,30 %H2O2和水的处理,可循环 使用。
[0117] 图12-图15分别是刚果红、媒介黑T、酸性大红和甲基橙染料在可见光照射下的降 解动力学曲线。由图可知,在可见光照射下所述催化剂对所述偶氮染料均具有较好的催化 降解活性,尤其是对刚果红和媒介黑T的降解能力更强,可分别在1小时和5小时内完全降 解。
[0118] 按照准一级反应速率方程可对降解曲线进行线性回归拟合:ln(C(]/c) =kt,
[0119] 其中c。和c分别是偶氮染料的初始和t时浓度(毫克每升),k是反应速率常数, t为降解反应时间。
[0120] 得到的线性拟合曲线分别为:
[0121] 刚果红,In(cQ/c) =0? 4452+0. 0537t(r= 0? 9736);
[0122] 媒介黑T,ln(c〇/c) = -0? 2268+0. 0098t(r= 0? 9833);
[0123] 酸性大红,ln(c〇/c) = 0? 0005+0. 1868t(r= 0? 99006);
[0124] 甲基橙,ln(c〇/c) = 0? 0880+0. 1629t(r= 0? 9778)。
[0125] 降解反应速率常数分别为:0. 0537min1 (刚果红)、0. 0098min1 (媒介黑T)、 0. 1868h1 (酸性大红)、0. 1629h1 (甲基橙)。
[0126] 太阳光照射下偶氮染料的完全降解:
[0127] 步骤S310,向锥形瓶中加入所述偶氮染料溶液和所述催化剂,得到混合溶液B。
[0128] 在本步骤中,所述锥形瓶的容积为250毫升;所述偶氮染料溶液体积为
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