近年来,光催化作用在环境治理和能源开发方面得到了普遍的关注,具有高效催化活性的光催化材料的研究开发,也成为目前国内外研究的热点。目前的工作主要集中在两个方面:(l)对常用的TiO2光催化剂进行修饰改性,使其光响应范围延伸到可见光区域,以提高其光催化活性;这些改性方法主要包括掺杂[ ]、复合[ ]、表面修饰[ ]等。(2)开发新型半导体光催化剂,使其能被可见光激活。作为一类新型半导体光催化剂,铋系光催化剂除了常见的氧化物与其他金属形成的复合氧化物外,还可以与其他非金属形成复合氧化物,比如与卤素形成的卤化氧铋(BiOX,X=F、CI、Br、I)。BiOX[ ]是一种新型的半导体材料,具有独特的电子结构、良好的光学性质和催化性能,可以很好地响应可见光,因而具有很高的催化活性,且随着卤素原子序数的增加光催化活性逐渐增强,因此BIOX成为光催化剂研究的一个新方向。
然而,这些新型铋系光催化剂通常是用高温锻烧方法制备,这不仅导致催化剂微结构的几乎全部损失,同时也消耗了大量的能量。例如,在合成CaBi2O4前驱物中利用了低温液相方法,但必须进一步在800℃下锻烧12小时才能晶化成目标光催化剂,这后面的热处理步骤导致其比表面积降到只有0。6g/m2。已有文献报道[ - ],可以将光催化剂固定在有机物、无机物或天然矿物上,以增大催化剂的比表面,提高其催化性能。
凹凸棒石粘土(为方便表述,下文中均以凹土或ATT表述)是一种以凹凸棒石为主要成分的天然非金属粘土矿物,它的理想分子式为Mg5Si8O20(OH)2·4H2O。由于凹凸棒石粘土具有较好的吸附能力,独特的分散性,耐高温、抗盐碱,有较高的可塑性及粘结力,矿物本身质轻、性脆、吸水性强,干燥后收缩小,不大显裂纹,水浸泡崩散,悬浮液遇电质不絮凝,不沉淀等,因而在各行各业中被广泛使用[ - ]。
但是凹凸棒土本身不具备磁性,可能导致负载的光催化材料易于从载体上脱落使光催化剂回收率降低。而磁性纳米催化剂是一类对外加磁场具有良好的磁响应性能的光催化纳米材料,它可以通过设置一个外加磁场实现催化剂的回收,进而完成再生、利用,为节约能源,降低成本提供保证。磁性纳米催化剂的优点在于:一方面,它保留了传统粉末状催化剂的高比表面积和高的光利用效率;另一方面,解决了粉末状催化剂回收困难的缺点,因此在众多领域具有广阔的应用前景。磁性纳米光催化材料可以通过施加外加磁场完成催化剂和污水的分离。基于此,所以可在凹凸棒土上负载尖晶石型铁氧体以增强光催化剂的磁性,从而达到易于回收分离的效果。
尖晶石型铁氧体的研究一直以来都是功能材料领域研究的热点之一。这类材料的晶体结构和天然镁铝尖晶石的结构相似,都属于立方体系。在尖晶石结构的铁氧体中,铁钴氧体CoFe2O4具有非常优异的性质。CoFe2O4具有高的饱和磁化强度和磁晶各项异性,优良的机械耐磨性和化学稳定性,并且在400~500nm短波范围内具有良好的磁光克尔效应,因此被认为是一种非常有潜力的高密度磁光信息存储介质。正因为CoFe2O4具有许多优良的性能和广泛的应用前景,人们对CoFe2O4进行了广泛的研究,采用了大量的制备方法,例如化学共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法等[ ] 。本文主要采用水热法对其进行进一步的研究。文献综述
基于上述分析,本文以水热法先制备高分散型ATT-CoFe2O4,接着再以ATT-CoFe2O4为基体,用原位沉积法制备磁分离型ATT-CoFe2O4-BiOBr,并以甲基橙溶液作为目标污染物,考察其在可见光照射下的光催化性能。借助XRD、SEM、BET、UV-Vis等测试手段,分析产物的物相组成、吸收光谱、能带结构、不同物相之间的作用力,解析凹土与活性组分之间的键合作用和影响机制。