本發(fā)明涉及材料和環(huán)境領(lǐng)域，涉及一種γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，具體涉及到一種核殼結(jié)構(gòu)γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料及其制備方法和γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料在光催化降解廢水中雙酚A并協(xié)同還原六價(jià)鉻中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

雙酚A(BPA)作為一種內(nèi)分泌干擾物(EDCs)，是環(huán)氧樹脂、聚碳酸酯、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、阻燃劑等產(chǎn)品的重要原料。由于工業(yè)上大量生產(chǎn)和廣泛使用，雙酚A通過各種途徑擴(kuò)散遷移到環(huán)境中。據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署調(diào)查研究顯示，每年釋放到環(huán)境中的雙酚A總量超過100萬磅。在自然條件下，雙酚A很難自發(fā)降解，存在于環(huán)境中的雙酚A會不斷積累，嚴(yán)重危害人類和動物的健康。雙酚A類似雌激素，具有內(nèi)分泌干擾作用，它能夠與激素受體結(jié)合來模擬激素的行為,從而影響哺乳動物的生殖功能。與此同時(shí)，作為一種常見重金屬污染物，鉻廣泛分布在土壤、地表水和地下水中。根據(jù)鉻存在的條件，鉻通常以兩種氧化態(tài)存在于水中：六價(jià)鉻(Cr(VI))和三價(jià)鉻(Cr(III))。其中，六價(jià)鉻由于毒性更強(qiáng)、易于溶解和易于在環(huán)境中遷移，其危害遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于三價(jià)鉻。六價(jià)鉻為吞入性毒物/吸入性極毒物，長期接觸有致癌危險(xiǎn)，更可能造成遺傳性基因缺陷。通常情況下，工業(yè)廢水中雙酚A和六價(jià)鉻同時(shí)存在，獲得一種高效可靠同時(shí)處理廢水中的雙酚A和六價(jià)鉻的方法是十分必要的。

光催化技術(shù)是一種新興高級氧化技術(shù)，通過直接利用太陽能，能夠?qū)崿F(xiàn)有機(jī)污染物的完全礦化。TiO₂納米材料具有比表面積大、降解效率高、低毒性和物化性質(zhì)穩(wěn)定，是光催化技術(shù)中最重要的材料之一。但是，由于TiO₂納米材料難以回收，大大增加了光催化技術(shù)成本。γ-Fe₂O₃納米材料是一種磁性重金屬吸附材料，具有高度有序的孔道結(jié)構(gòu)、較大比表面積和良好親水性。目前尚未沒有將γ-Fe₂O₃和TiO₂結(jié)合的納米復(fù)合材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種光催化效率高、耐酸性好、穩(wěn)定性高的γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料，還提供了一種制備過程簡單的γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料的制備方法，同時(shí)提供了γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料協(xié)同去除水中雙酚A和六價(jià)鉻的應(yīng)用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料，所述γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料包括γ-Fe₂O₃納米材料和TiO₂納米材料，所述TiO₂納米材料負(fù)載于所述γ-Fe₂O₃納米材料表面形成核殼結(jié) 構(gòu)。

上述γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料中，優(yōu)選的，所述γ-Fe₂O₃納米材料與所述TiO₂納米材料的質(zhì)量比為0.01～0.5∶0.807。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述γ-Fe₂O₃納米材料與所述TiO₂納米材料的質(zhì)量比為0.05～0.2∶0.807。更優(yōu)選的，所述γ-Fe₂O₃納米材料與所述TiO₂納米材料的質(zhì)量比為0.1～0.2∶0.807。

作為一個(gè)總的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、將γ-Fe₂O₃納米材料加入異丙醇和吐溫80中，經(jīng)超聲處理，得到γ-Fe₂O₃的混合溶液；

S2、向所述γ-Fe₂O₃的混合溶液中依次加入鈦酸異丙酯和乙酸進(jìn)行溶膠-凝膠反應(yīng)，經(jīng)通風(fēng)干燥、煅燒處理，得到γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料。

上述制備方法中，優(yōu)選的，所述步驟S1中，所述γ-Fe₂O₃納米材料制備方法包括以下步驟：將氯化亞鐵固體粉末和十二烷基硫酸鈉溶解于水中，得到氯化亞鐵的混合溶液；向所述氯化亞鐵的混合溶液中加入雙氧水進(jìn)行振蕩反應(yīng)，經(jīng)煅燒處理，得到γ-Fe₂O₃納米材料。

上述制備方法中，優(yōu)選的，所述γ-Fe₂O₃納米材料的制備方法中：所述氯化亞鐵固體粉末、十二烷基硫酸鈉和水的質(zhì)量體積比為5.275g∶0.6g～1g∶200mL。

上述制備方法中，優(yōu)選的，所述γ-Fe₂O₃納米材料的制備方法中：所述氯化亞鐵的混合溶液與所述雙氧水的體積比為4～6∶1。

上述制備方法中，優(yōu)選的，所述γ-Fe₂O₃納米材料的制備方法中：所述雙氧水的濃度為0.2mol/L。

上述制備方法中，優(yōu)選的，所述γ-Fe₂O₃納米材料的制備方法中：所述振蕩反應(yīng)的溫度為20℃～30℃，所述振蕩反應(yīng)的轉(zhuǎn)速為150rpm～200rpm，所述振蕩反應(yīng)的時(shí)間為2h～4h。

上述制備方法中，優(yōu)選的，所述γ-Fe₂O₃納米材料的制備方法中：所述煅燒處理的溫度為400℃～600℃，所述煅燒處理的時(shí)間為1.5h～2.5h。

上述制備方法中，優(yōu)選的，所述步驟S1中，所述γ-Fe₂O₃納米材料、異丙醇和吐溫80的質(zhì)量體積比為0.002g～0.1g∶4mL∶1mL。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述γ-Fe₂O₃納米材料、異丙醇和吐溫80的質(zhì)量體積比為0.01g～0.04g∶4mL∶1mL。更優(yōu)選的，所述γ-Fe₂O₃納米材料、異丙醇和吐溫80的質(zhì)量體積比為0.02g～0.04g∶4mL∶1mL。

上述制備方法中，優(yōu)選的，所述步驟S1中，所述超聲處理的溫度為20℃，所述超聲處理的時(shí)間為10min～15min。

上述制備方法中，優(yōu)選的，所述步驟S2中，所述γ-Fe₂O₃的混合溶液、所述鈦酸異丙酯 和所述乙酸的體積比為25∶3∶3。本發(fā)明中，γ-Fe₂O₃的混合溶液、鈦酸異丙酯和乙酸的體積比為25∶3∶3，這個(gè)比例是一定的。本發(fā)明通過控制γ-Fe₂O₃納米材料、異丙醇和吐溫80的質(zhì)量體積比來控制合成不同的γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料。

上述制備方法中，優(yōu)選的，所述步驟S2中，所述溶膠-凝膠反應(yīng)的溫度為10℃～30℃，所述溶膠-凝膠反應(yīng)的時(shí)間為24h～36h。

上述制備方法中，優(yōu)選的，所述步驟S2中，所述通風(fēng)干燥的溫度為40℃～80℃，所述通風(fēng)干燥的時(shí)間為2.5h～3.5h。

上述制備方法中，優(yōu)選的，所述步驟S2中，所述煅燒處理的溫度為400℃～600℃，所述煅燒處理的時(shí)間為2.5h～3.5h。

作為一個(gè)總的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種上述γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料或上述制備方法制得的γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料在處理水體中雙酚A的應(yīng)用。

上述應(yīng)用中，優(yōu)選的，包括以下步驟：將γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料加入水體中，在黑暗條件下暗反應(yīng)(暗反應(yīng)的目的是使水體中的雙酚A達(dá)到吸附平衡，以利于后續(xù)的光催化降解)，然后在光照條件下進(jìn)行光催化降解反應(yīng)，完成對含雙酚A水體的處理；所述γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料的用量為0.5g/L～1g/L。

上述應(yīng)用中，優(yōu)選的，所述水體的pH值為3～9。

上述應(yīng)用中，優(yōu)選的，所述水體中雙酚A的濃度為10mg/L～200mg/L。

上述應(yīng)用中，優(yōu)選的，所述暗反應(yīng)的時(shí)間為30min～60min。

上述應(yīng)用中，優(yōu)選的，所述光催化降解反應(yīng)的時(shí)間為3h～5h。

作為一個(gè)總的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種上述γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料或上述制備方法制得的γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料在處理水體中雙酚A和六價(jià)鉻的應(yīng)用。

上述應(yīng)用中，優(yōu)選的，包括以下步驟：將γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料加入到水體中，在黑暗條件下暗反應(yīng)(暗反應(yīng)的目的是使水體中的雙酚A和六價(jià)鉻達(dá)到吸附平衡，以利于后續(xù)的光催化降解)，然后在光照條件下進(jìn)行光催化降解反應(yīng)，完成對含雙酚A和六價(jià)鉻水體的處理；所述γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料的用量為0.5g/L～1g/L。

上述應(yīng)用中，優(yōu)選的，所述水體的pH值為3～9。

上述應(yīng)用中，優(yōu)選的，所述水體中六價(jià)鉻的濃度為10mg/L～100mg/L、雙酚A的濃度為10mg/L～200mg/L。

上述應(yīng)用中，優(yōu)選的，所述暗反應(yīng)的時(shí)間為30min～60min。

上述應(yīng)用中，優(yōu)選的，所述光催化降解反應(yīng)的時(shí)間為3h～5h。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明提供了一種γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料，其中TiO₂是一種典型的光催化材料，其光響應(yīng)區(qū)間為紫外光區(qū)間，但是實(shí)際運(yùn)用中的太陽光包含可見光和紫外光，紫外光僅占其中的13％，這就在很大程度上限制了TiO₂的應(yīng)用范圍。本發(fā)明通過將TiO₂納米材料與γ-Fe₂O₃納米材料的復(fù)合，將TiO₂納米材料光響應(yīng)區(qū)間拓展到可見光區(qū)域，克服了TiO₂光響應(yīng)區(qū)間很窄，僅限于紫外區(qū)間的問題，使得γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料可以直接利用太陽光進(jìn)行光催化降解，大大提高材料光催化處理技術(shù)的應(yīng)用前景。同時(shí)γ-Fe₂O₃納米材料對最終γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料降解效果影響較大。在降解過程中，TiO₂納米材料為主要起降解作用的物質(zhì)，而γ-Fe₂O₃納米材料除了賦予復(fù)合材料磁性之外，還能改善復(fù)合材料的光催化性能。當(dāng)γ-Fe₂O₃納米材料在質(zhì)量較小的一定范圍內(nèi)時(shí)，可以提高復(fù)合材料光催化性能，但是當(dāng)γ-Fe₂O₃納米材料質(zhì)量超過一定范圍內(nèi)時(shí)復(fù)合材料的光催化性能反而會降低。

(2)本發(fā)明提供了一種γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料，其中TiO₂和γ-Fe₂O₃均為納米形態(tài)，且大小均勻。由于γ-Fe₂O₃納米材料和TiO₂納米材料均具有比表面積大、親水性能好、穩(wěn)定性好的特性，將TiO₂納米材料和γ-Fe₂O₃納米材料在納米形態(tài)上的復(fù)合，由此合成的材料，具有更大的比表面積，能更好吸附污染物質(zhì)，并進(jìn)一步通過光催化降解，提高光催化降解效率，特別是在同時(shí)處理重金屬和有機(jī)污染物過程中，γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料展現(xiàn)了很好的降解效果。

(3)本發(fā)明提供了一種γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料，具有良好的磁性能，使得材料能夠方便回收重復(fù)利用，直接用磁鐵吸收處理后，便可回收利用，大大降低光催化處理目標(biāo)污染物的成本，提升了材料的應(yīng)用前景。

(4)本發(fā)明提供了一種γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料，其中γ-Fe₂O₃納米材料以十二烷基硫酸鈉為模板，在酸性條件下合成得到。與其他常規(guī)制備方法相比，本發(fā)明的制備方法制得的γ-Fe₂O₃納米材料具有耐高溫、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

(5)本發(fā)明提供的γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料的制備方法，通過溶膠-凝膠法成功制備出γ-Fe₂O₃為內(nèi)核，TiO₂為外殼的γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料。現(xiàn)有常規(guī)制備方法有水熱法、微乳液法、液相沉積法等，而這些方法很難實(shí)現(xiàn)納米形態(tài)的復(fù)合，即使能復(fù)合成功也很難達(dá)到納米形態(tài)。本發(fā)明采用的溶膠-凝膠法復(fù)合方法具有操作簡單，制備成功率高，制備材料穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，并且能達(dá)到納米級水平，提高了材料比表面積，提升了材料光催化降解性能。

(6)本發(fā)明提供了一種γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料的應(yīng)用方法，能夠同時(shí)去除水體中的雙酚A和六價(jià)鉻，其中六價(jià)鉻的存在大大提升了雙酚A的降解效率：通過六價(jià)鉻與光生電子復(fù)合，六價(jià)鉻自身被還原，同時(shí)阻止電子與電子空穴的復(fù)合，在使得自身被還原的同時(shí) 提高光催化反應(yīng)的降解效率。該方法去除效率高、處理方法簡單、運(yùn)行成本低，是一種可以廣泛采用、高效可靠的處理方法。

附圖說明

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。

圖1為對比例1中TiO₂納米材料的SEM圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中γ-Fe₂O₃納米材料的SEM圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中FT2的SEM圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中γ-Fe₂O₃納米材料、FT2和對比例1中TiO₂納米材料的紫外-可見漫反射光譜圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中FT2和對比例1中TiO₂納米材料的XRD圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例2中，F(xiàn)T1、FT2、FT3、γ-Fe₂O₃納米材料和TiO₂納米材料光催化降解雙酚A的降解效率圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例3中，雙酚A和六價(jià)鉻同時(shí)存在條件下FT1、FT2、FT3、TiO₂納米材料和γ-Fe₂O₃納米材料光催化降解雙酚A的降解效率圖。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例3中，雙酚A和六價(jià)鉻同時(shí)存在條件下FT1、FT2、FT3、TiO₂納米材料和γ-Fe₂O₃納米材料光催化還原六價(jià)鉻的處理效率圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

以下實(shí)施例中所采用的材料和儀器均為市售。

實(shí)施例1：

一種本發(fā)明的γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料，該γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料包括γ-Fe₂O₃納米材料和TiO₂納米材料，TiO₂納米材料負(fù)載于γ-Fe₂O₃納米材料上形成核殼結(jié)構(gòu)。

一種上述本實(shí)施例中的γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

1、制備γ-Fe₂O₃納米材料：

1-1、取5.275g氯化亞鐵固體粉末和0.8g十二烷基硫酸鈉溶解于200mL蒸餾水中，逐滴加入0.2moL/L雙氧水40mL，溶液出現(xiàn)棕黃色沉淀。

1-2、將步驟1-1中的反應(yīng)體系在轉(zhuǎn)速為180rpm、溫度為25℃下振蕩反應(yīng)2h得到振蕩反應(yīng)產(chǎn)物。

1-3、將步驟1-2中的振蕩反應(yīng)產(chǎn)物過濾，并將過濾得到的沉淀物于75℃條件下干燥4h 得到干燥產(chǎn)物。

1-4、取步驟1-3中的干燥后產(chǎn)物，研磨成粉末狀，置于馬弗爐中于500℃煅燒2h，冷卻后收集，得到γ-Fe₂O₃納米材料。該γ-Fe₂O₃納米材料具有磁性。

2、制備γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料：

2-1、分別取0.05g、0.2g和0.5g步驟1中制得的γ-Fe₂O₃納米材料，于每份磁性γ-Fe₂O₃納米材料中加入20mL異丙醇和5mL吐溫80，攪拌均勻，在20℃下超聲10min，得到γ-Fe₂O₃的混合溶液一、γ-Fe₂O₃的混合溶液二、γ-Fe₂O₃的混合溶液三。

2-2、取步驟2-1的γ-Fe₂O₃的混合溶液一、二、三；于每份γ-Fe₂O₃的混合溶液中依次加入3mL鈦酸異丙酯和3mL乙酸，密封并攪拌，常溫(在10℃～30℃下均可實(shí)施)下進(jìn)行溶膠-凝膠反應(yīng)24h得到反應(yīng)產(chǎn)物。

2-3、將步驟2-2中制得的反應(yīng)產(chǎn)物放入恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，在60℃條件下通風(fēng)干燥3h，得到凝膠狀態(tài)γ-Fe₂O₃-TiO₂。

2-4、將步驟2-3制備得到的凝膠狀態(tài)γ-Fe₂O₃-TiO₂置于馬弗爐中，500℃煅燒3h得到具有核殼結(jié)構(gòu)的γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料。根據(jù)步驟2-1中加入γ-Fe₂O₃納米材料質(zhì)量分別為0.05g、0.2g和0.5g，分別將γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料命名為FT1、FT2和FT3。

本實(shí)施例的γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料FT1、FT2和FT3中，γ-Fe₂O₃納米材料與TiO₂納米材料的質(zhì)量比分別為0.05∶0.807、0.2∶0.807、0.5∶0.807。

對比例1：

一種對比例1中的TiO₂納米材料的制備方法，包括以下步驟：

常溫?cái)嚢钘l件下，依次加入5mL吐溫80和20mL異丙醇?；旌暇鶆蚝?，加入3mL鈦酸異丙酯和3mL乙酸，密封并攪拌。常溫下持續(xù)反應(yīng)24h后，將混合溶液放入恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，在60℃條件下通風(fēng)干燥3h，得到溶液呈凝膠狀態(tài)。將凝膠置于馬弗爐中，500℃煅燒3h得到TiO₂納米材料。

對γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料進(jìn)行掃描電鏡分析：

分別對對比例1中的TiO₂納米材料、實(shí)施例1中制得的γ-Fe₂O₃納米材料和γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料(FT2)進(jìn)行電鏡掃描(參見圖1、圖2、圖3)。從圖1至3中可知：圖1的TiO₂材料大小均勻，呈球形納米形態(tài)，平均粒徑為250nm，有明顯介孔形態(tài)；圖2的γ-Fe₂O₃納米材料也呈球形納米形態(tài)，大小大致均勻，平均粒徑為300nm，粒子之間有明顯孔徑；圖3的γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料(FT2)中，TiO₂均勻分布在γ-Fe₂O₃周圍，TiO₂結(jié)構(gòu)大致不變，平均粒徑仍然為250nm，γ-Fe₂O₃有一定程度團(tuán)聚現(xiàn)象，平均粒徑增大為550nm。

對γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料進(jìn)行紫外-可見漫反射光譜分析：

分別對實(shí)施例1中制得的γ-Fe₂O₃納米材料、γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料(FT2)和對比例1中制得的TiO₂納米材料進(jìn)行紫外-可見漫反射光譜分析。分析結(jié)果參見圖4；圖4中，a為γ-Fe₂O₃納米材料，b為磁性γ-Fe₂O₃-TiO₂納米復(fù)合材料(FT2)，c為TiO₂納米材料。

從圖4中可知：TiO₂納米材料僅僅對波長小于387nm的紫外光有響應(yīng)，在400～800nm的可見光區(qū)域TiO₂納米材料光響應(yīng)效果不好，故其在可見光下光降解效果不好；γ-Fe₂O₃納米材料波長響應(yīng)區(qū)間明顯寬與TiO₂納米材料，對于可見光區(qū)域也有光響應(yīng)；γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料相比于TiO₂納米材料，其光響應(yīng)區(qū)間明顯變寬拓展至200～700nm，因此對于紫外光和可見光都有明顯的光響應(yīng)。

對γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料進(jìn)行X射線衍射分析：

分別對對比例1制得的TiO₂納米材料和實(shí)施例1制得的γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料(FT2)進(jìn)行X射線衍射分析。圖5為XRD圖，其中，a為TiO₂納米材料，b為磁性γ-Fe₂O₃-TiO₂納米復(fù)合材料(FT2)。

由圖5可知：TiO₂納米材料為典型銳鈦礦型晶型；經(jīng)過復(fù)合后，TiO₂納米材料已經(jīng)成功負(fù)載到γ-Fe₂O₃納米材料上，且復(fù)合后材料中的TiO₂峰基本與TiO₂納米材料峰高峰寬一致。對比γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料和TiO₂納米材料XRD圖，γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料除了具備全部TiO₂納米材料特征峰外，分別在29.45°、33.18°和35.68°出現(xiàn)了γ-Fe₂O₃特征峰，說明γ-Fe₂O₃納米材料和TiO₂納米材料成功復(fù)合，晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

實(shí)施例2：

一種本發(fā)明的γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料光催化去除水體中雙酚A的應(yīng)用，包括以下步驟：

分別稱取0.05g實(shí)施例1中的γ-Fe₂O₃納米材料、FT1、FT2、FT3以及對比例1中的TiO₂納米材料，加入到100mL、濃度為40mg/L的雙酚A溶液中，用0.1g/L的鹽酸溶液和0.1g/L的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)雙酚A溶液的pH值為3。常溫條件下不斷攪拌，在黑暗條件下進(jìn)行暗反應(yīng)30min。取反應(yīng)體系中的樣品5mL，用孔徑為0.22微米的濾膜過濾處理的水溶液，檢測雙酚A濃度，此時(shí)檢測雙酚A濃度是為了觀察材料在暗反應(yīng)30min后對雙酚A的吸附情況，結(jié)果如表1中對應(yīng)的初始濃度，而暗反應(yīng)的目的是使水體中的雙酚A達(dá)到吸附平衡，以利于后續(xù)的光催化降解。繼續(xù)將反應(yīng)體系放置在通過UVCUT420濾光片的250W汞燈下，進(jìn)行光催化降解反應(yīng)3h，完成對雙酚A溶液的處理。用孔徑為0.22微米的濾膜過濾光催化降解處理后的水溶液，檢測雙酚A濃度，此時(shí)檢測雙酚A濃度是為了觀察材料在光照反應(yīng)180min后對雙酚A的降解情況，結(jié)果如表1中對應(yīng)的最終濃度。TiO₂納米材料、γ-Fe₂O₃納米材料、FT1、FT2和FT3對雙酚A的去除結(jié)果，如表1所示。

表1：不同催化劑對雙酚A去除效果

從表1中的水質(zhì)數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明所合成的γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料FT2光催化降解雙酚A的效率為54.33％，明顯高于單一的γ-Fe₂O₃納米材料和TiO₂納米材料。圖6為FT1、FT2、FT3、γ-Fe₂O₃納米材料和TiO₂納米材料光催化降解雙酚A的降解效率圖，其中30min以內(nèi)是暗反應(yīng)，30min以后開始光照，到210min結(jié)束，為光催化降解時(shí)間。由圖6可知，降解效率從高到低依次為：FT2＞FT1＞TiO₂納米材料＞FT3＞γ-Fe₂O₃納米材料。TiO₂納米材料為寬帶隙半導(dǎo)體，其禁帶寬度為3.2eV對應(yīng)的激發(fā)波長為387nm，故在可見光下TiO₂納米材料光催化效率不高。γ-Fe₂O₃納米材料為窄帶隙半導(dǎo)體，其吸收波長閾值在可見光區(qū)域，但是本身催化活性不高，致使降解效果不好。本發(fā)明制備的γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料將兩種具有不同能帶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體微粒結(jié)合在一起，使復(fù)合材料的光化學(xué)反應(yīng)拓展至可見光區(qū)。同時(shí)，由于TiO₂納米材料和γ-Fe₂O₃納米材料導(dǎo)帶點(diǎn)電位的差異，使光生電子在界面間自發(fā)遷移，而價(jià)帶生成的空穴任然留在其中，從而使得電子和空穴有效分離，提高光催化效率。

同時(shí)，γ-Fe₂O₃納米材料對最終γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料降解效果影響較大。在降解過程中，TiO₂納米材料為主要起降解作用的物質(zhì)，而γ-Fe₂O₃除了賦予復(fù)合材料磁性之外，還能改善復(fù)合材料的光催化性能。當(dāng)γ-Fe₂O₃為0.05～0.2時(shí)，可以提高復(fù)合材料光催化性能，但是當(dāng)γ-Fe₂O₃質(zhì)量超過0.5時(shí)，復(fù)合材料的光催化性能反而會降低。

實(shí)施例3：

一種本發(fā)明的γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料光催化去除水體中雙酚A和六價(jià)鉻的應(yīng)用，包括以下步驟：

分別稱取0.05g實(shí)施例1中的γ-Fe₂O₃納米材料、FT1、FT2、FT3以及對比例1中的TiO₂ 納米材料，加入到雙酚A和六價(jià)鉻的混合溶液中，用0.1g/L的鹽酸溶液和0.1g/L的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)雙酚A和六價(jià)鉻的混合溶液的pH值為3，其中雙酚A和六價(jià)鉻的混合溶液由50mL濃度為80mg/L的雙酚A溶液和50mL濃度為40mg/L的六價(jià)鉻溶液混合而成。常溫條件下不斷攪拌，在黑暗條件下進(jìn)行暗反應(yīng)30min。取反應(yīng)體系的樣品5mL，用孔徑為0.22微米的濾膜過濾處理的水溶液，檢測雙酚A和六價(jià)鉻的濃度，此時(shí)檢測雙酚A和六價(jià)鉻的濃度是為了觀察材料在暗反應(yīng)30min后對雙酚A和六價(jià)鉻的吸附情況，結(jié)果如表2中對應(yīng)的初始濃度，而暗反應(yīng)的目的是使水體中的雙酚A和六價(jià)鉻達(dá)到吸附平衡，以利于后續(xù)的光催化降解。繼續(xù)將反應(yīng)體系放置在通過UVCUT420濾光片的250W汞燈下，光照條件下進(jìn)行光催化降解反應(yīng)3h，完成對雙酚A和六價(jià)鉻的混合溶液的處理。用孔徑為0.22微米的濾膜過濾光催化降解處理后的水溶液，檢測雙酚A和六價(jià)鉻的濃度，此時(shí)檢測雙酚A和六價(jià)鉻的濃度是為了觀察材料在光照反應(yīng)180min后對雙酚A和六價(jià)鉻的降解情況，結(jié)果如表2中對應(yīng)的最終濃度。TiO₂納米材料、γ-Fe₂O₃納米材料、FT1、FT2和FT3對雙酚A的去除結(jié)果，如表2所示。

表2：復(fù)合型催化劑協(xié)同降解雙酚A和六價(jià)鉻去除效果

對比表1和表2中的水質(zhì)數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明所合成的γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料在同時(shí)處理雙酚A和六價(jià)鉻時(shí)，F(xiàn)T2光催化降解雙酚A的效率提升為93.42％，相比表1中只有雙酚A時(shí)FT2的降解效果提升71.9％。相比之下，TiO₂納米材料降解效率由28.86％提升至75.72％。圖7為雙酚A和六價(jià)鉻同時(shí)存在條件下FT1、FT2、FT3、TiO₂納米材料和γ-Fe₂O₃納米材料光催化降解雙酚A的降解效率圖，其中30min以內(nèi)是暗反應(yīng)，30min以后開始光照，到210min結(jié)束，為光催化降解時(shí)間。由圖7可知，在目標(biāo)污染物同時(shí)有雙酚A和六價(jià)鉻存在時(shí)，降解效率從高到低依次為：FT2＞FT1＞TiO₂納米材料＞FT3＞γ-Fe₂O₃納米材料。這是由于六價(jià)鉻的存在，可以與光生電子結(jié)合，更有效使電子和空穴分離，提高光催化 劑的量子效率。

同時(shí)，圖8為雙酚A和六價(jià)鉻同時(shí)存在條件下FT1、FT2、FT3、TiO₂納米材料和γ-Fe₂O₃納米材料光催化還原六價(jià)鉻的處理效率圖，其中30min以內(nèi)是暗反應(yīng)，30min以后開始光照，到210min結(jié)束，為光催化降解時(shí)間。由圖8可知，F(xiàn)T2對于六價(jià)鉻的去除效率為85.58％，高于γ-Fe₂O₃納米材料的10.21％和TiO₂納米納米材料的67.21％。因此，我們可以看出FT2材料在污染物中同時(shí)存在雙酚A和六價(jià)鉻時(shí)，雙酚A降解效果顯著提升，同時(shí)六價(jià)鉻得到有效處理，兩種污染物可以協(xié)同降解，處理效果高效穩(wěn)定。

綜上所述，本發(fā)明的γ-Fe₂O₃-TiO₂磁性納米復(fù)合材料通過TiO₂納米材料和γ-Fe₂O₃納米材料的復(fù)合，有效解決了TiO₂材料可見光利用率低和難以回收利用的問題。同時(shí)，協(xié)同處理廢水中存在的雙酚A和六價(jià)鉻，提升效果顯著。本發(fā)明的復(fù)合型光催化材料不僅處理工藝設(shè)備簡單，操作方便，而且降解效率高、可重復(fù)利用，對廢水中雙酚A和六價(jià)鉻有很好的處理效果，能有效地降低廢水中雙酚A和六價(jià)鉻處理的運(yùn)行成本，是一種經(jīng)濟(jì)高效的復(fù)合型光催化材料。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和技術(shù)方案的情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。