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光催化是光化学反应的前沿领域之一,在环境治理领域亦显出广阔的应用前景。在光催化材料中,TiO2由于具有价廉易得、使用稳定及光活性较高的特点,在有机污染物的氧化,水中无机污染物的去除,N2和CO2的光还原以及光降解癌细胞、细菌和病菌等方面得到广泛的应用。然而,目前采用TiO2做悬浮相光催化剂,由于其易失活,易凝聚和难回收等特点限制了其应用发展。本课题研究制备核壳结构的TiO2包覆Fe3O4多功能纳米复合粒子,复合粒子的运动可以通过外加磁场的控制,并能有效回收。分别采用机械混合法、化学沉淀法、溶胶凝胶法和氟钛酸铵水解法制备包覆粉体,并研究了其包覆机理。
利用TiO2粒径小、比表面积大的特点,采用机械混合法使其均匀的包覆在磁核粒子上,经高倍光学显微镜下观测,包覆效果较好,有明显的核壳结构,磁性能良好。但是,由于没有进一步处理,所以覆层与核粒子间不是很牢固。
采用共沉淀法制备了Fe3O4纳米颗粒,发现在pH=5.5时,即刚产生黑褐色沉淀时加入PEG表面活性剂对防止团聚和减小颗粒尺寸效果较好,然后快速滴到pH=11,可制得颗粒均匀细小的Fe3O4纳米颗粒。
分别采用沉淀法和溶胶凝胶法制备了TiO2包覆Fe3O4复合纳米颗粒。发现采用溶胶凝胶法,通过控制沉淀剂的pH值、在母液和沉淀剂中加入大量乙醇控制水解形成凝胶的速度、以及水浴加热使凝胶熟化等手段,制备出包覆完整,颗粒细小的包覆粉体。颗粒尺寸和覆层均匀、粒径大约在100nm左右、磁性能良好。
采用氟钛酸铵水解法制备出颗粒尺寸细小(40nm左右)的TiO2包覆Fe3O4复合纳米颗粒。该方法可以通过加入硼酸控制水解速度,具有反应容易控制的优点。