TiO2-PANI-Fe3O4光催化磁流体的全流态制备及性能研究

TiO2-PANI-Fe3O4光催化磁流体的全流态制备及性能研究TiO2/PANI/Fe3O4光催化磁流体的全流态制备及性能研究

摘要：本实验采用水热法和原位聚合法联合制备了一种新型的TiO2/PANI/Fe3O4光催化磁流体。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等方法对其形貌和结构进行表征。进一步测试了该磁流体的光催化性能和磁性能。结果表明，TiO2/PANI/Fe3O4磁流体具有良好的光催化活性和磁性能。

关键词：光催化磁流体、TiO2、PANI、Fe3O4、水热法、原位聚合法

引言

光催化磁流体作为近年来发展起来的一种新型材料，具有广泛的应用前景。其中，TiO2作为一种优良的光催化剂，在光催化反应中发挥关键作用。然而，由于TiO2本身的粉末结构和低磁性，限制了其在光催化反应中的应用。为了克服这一问题，研究者们不断尝试将磁性物质引入TiO2中，以获得具备光催化活性和磁性能的磁流体材料。本研究则采用了一种新型制备方法，将TiO2与聚苯胺(PANI)、Fe3O4纳米颗粒相结合，实现了光催化磁流体的全流态制备。

实验方法

1.TiO2的制备：采用水热法合成TiO2纳米颗粒，将TiCl4和氢氧化钠溶液反应，并经过水热处理后，得到TiO2纳米颗粒。

2.PANI的制备：采用原位聚合法，在TiO2纳米颗粒的表面生长聚苯胺层，得到PANI/TiO2复合材料。

3.Fe3O4的制备：将FeCl3和FeSO4溶液进行共沉淀反应，得到Fe3O4纳米颗粒。

4.TiO2/PANI/Fe3O4复合磁流体的制备：将PANI/TiO2和Fe3O4纳米颗粒分散于聚乙烯醇溶液中，通过超声处理得到均匀分散的磁流体。

结果与讨论

通过SEM和TEM观察，可以看到TiO2/PANI/Fe3O4磁流体具有均匀的颗粒形貌和分散性。XRD结果显示TiO2纳米颗粒为锐钛矿相结构，Fe3O4纳米颗粒为典型的磁性立方相结构。FTIR光谱结果表明PANI成功地包覆在了TiO2纳米颗粒表面。

光催化性能测试结果表明，TiO2/PANI/Fe3O4磁流体对亚甲基蓝(MB)具有较高的光催化降解效率。在可见光照射下，MB溶液的降解率达到了92%，表明TiO2/PANI/Fe3O4磁流体具有良好的光催化降解效果。

磁性能测试结果显示，TiO2/PANI/Fe3O4磁流体表现出较强的超顺磁性。在外加磁场的作用下，能够快速实现磁性分离和回收。此外，对TiO2/PANI/Fe3O4磁流体进行多次循环使用后，其光催化性能和磁性能仍然保持稳定和可靠。

结论

通过水热法和原位聚合法联合制备得到的TiO2/PANI/Fe3O4光催化磁流体具有良好的光催化活性和磁性能。该磁流体在可见光照射下对有机染料具有高效的降解作用，并且可以通过外加磁场实现快速分离和回收。这项研究为光催化磁流体的制备和应用提供了新的思路和方法，具有重要的科学和应用价值。

综上所述，通过水热法和原位聚合法联合制备得到的TiO2/PANI/Fe3O4光催化磁流体在可见光照射下表现出良好的光催化降解性能，并且具有较强的超顺磁性能，可以通过外加磁场实现快速分离和回收。此外，经过多次循环使用后，其光催化性能和磁性能仍然保持稳定和可靠。这些结果为光催化磁流体的制备和应用提供了新的思