一種FeAsO₄/Fe₂O₃復合材料及其制備方法和應用
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種FeAsO4/Fe2O3復合材料及其制備方法和應用；屬于復合材料制備技術領域。所述復合材料包含F(xiàn)eAsO4、Fe2O3；所述復合材料中FeAsO4與Fe2O3滿足公式：nFeAsO4/n(FeAsO4+Fe2O3)＝0.005?0.995。其通過限制被FeAsO4沉淀，然后以FeAsO4沉淀為原料，通過在堿性條件下的反應，得到FeAsO4/Fe2O3復合材料前驅(qū)體，經(jīng)煅燒后，得到成品。本發(fā)明操作簡單、產(chǎn)品產(chǎn)率高、易于實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，所得成品用作傳感器時，具有靈敏度高、檢出下限低等優(yōu)勢。
【專利說明】
一種FeAs04/Fe203復合材料及其制備方法和應用
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種FeAs04/Fe203復合材料及其制備方法和應用；屬于復合材料制備技術領域。
【背景技術】
[0002]Fe2O3是一種常見的η型半導體，其Ct-Fe2O3的禁帶寬度為2.leV，無毒、成本低，被廣泛應用于光催化、鋰離子電池、氣敏傳感器等領域，是科研界研究較為深入的物質(zhì)。其中，F(xiàn)e2O3具有較高的氣敏性，對于可燃氣體和有毒氣體具有良好的響應，是理想的氣敏材料。
[0003]將Fe2O3與其他物質(zhì)復合，能夠明顯的改善單一材料的性能，獲得對于某種特定氣體具有較高響應，而對于其他氣體響應不高的氣體敏感材料。這種響應專一的氣敏材料對于特定氣體的檢測有著明顯的優(yōu)勢，具有很強的抗干擾能力。FeAsO4作為一種含砷材料，被研究較少，其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)都比較穩(wěn)定。
[0004]到目前為止還未見有關FeAsOVFe2O3復合材料的相關報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明人在研究過程中發(fā)現(xiàn)由于FeAsO4本身具有磁性，與Fe2O3形成復合材料后，在較高的工作溫度下可以與Fe2O3產(chǎn)生協(xié)同作用，使其對于二甲苯氣體具有特別的響應。
[0006]本發(fā)明基于上述研究發(fā)現(xiàn)，提供一種FeAsOVFe2O3復合材料及其制備方法和應用。
[0007]本發(fā)明一種FeAs04/Fe203復合材料;所述復合材料包含F(xiàn)eAs04、Fe203 ;所述復合材料中FeAsCU與Fe2C>3滿足下列公式:
[0008]nFeAs04/n(FeAs04+Fe203) = 0.005—0.995。
[0009 ] 其中nFeASQ4表示復合材料中FeAsO4物質(zhì)的量;n(FeAs04+Fe203)表示復合材料中Fe AsO4與Fe2O3的物質(zhì)的量之和。
[0010]本發(fā)明一種FeAsOVFe2O3復合材料;所述復合材料由核層、過渡層、殼層組成;所述核層為FeAs(k，所述殼層為Fe203，所述過渡層由FeAs(k與Fe203組成。
[0011 ]本發(fā)明一種FeAsOVFe2O3復合材料;所述復合材料的微觀形貌為納米球形。
[0012]本發(fā)明一種FeAS04/Fe203復合材料的制備方法;按鐵砷摩爾大于等于1，將水溶性亞鐵鹽加入含砷溶液中后通入含氧氣體，在70 0C以上反應，得到FeAsO4沉淀;然后將FeAsO4沉淀加入堿性溶液中反應，反應后經(jīng)過濾、洗滌、干燥，高溫處理，得到FeAS04/Fe203復合材料。
[0013]作為優(yōu)選方案，本發(fā)明一種FeAsOVFe2O3復合材料的制備方法;首先以砷酸鹽為原料配置含砷水溶液，然后調(diào)節(jié)含砷水溶液pH值至1-5，并加入水溶性亞鐵鹽，在70 0C -90 0C反應，反應過程中保持通入含氧氣體;反應結(jié)束后，過濾、洗滌、干燥得到淺綠色FeAsO4沉淀；接著將FeAsO4沉淀加入到堿性溶液中反應，反應后經(jīng)過濾、洗滌、干燥，高溫處理，得到紅色FeAs04/Fe203 復合材料。
[0014]本發(fā)明一種FeAs04/Fe203復合材料的制備方法；所述砷酸鹽選自Na3As〇4、NaH2As04、Na2HAs04 中的至少一種。
[0015]本發(fā)明一種FeAS04/Fe203復合材料的制備方法;所述含砷水溶液中砷含量為5-50
克/升。
[0016]在工業(yè)化應用時，用濃H2SO4和NaOH調(diào)節(jié)含砷水溶液pH值。
[0017]本發(fā)明一種FeAS04/Fe203復合材料的制備方法；所述水溶性亞鐵鹽選自FeS04、FeCl2、Fe(N03)2 中的至少一種。
[0018]本發(fā)明一種?^804/^203復合材料的制備方法;按鐵砷摩爾比1.2?5:1，將水溶性亞鐵鹽加入含砷溶液中。
[0019]本發(fā)明一種FeAS04/Fe203復合材料的制備方法;按0.1?5升/每分鐘的流速通入含氧氣體;所述含氧氣體中氧的體積百分含量為15-100% ;所述含氧氣體優(yōu)選為空氣。
[0020]本發(fā)明一種FeAsO^Fe2O3復合材料的制備方法;在70°C以上反應6?12小時，得到FeAsCU 沉淀。
[0021 ]本發(fā)明一種FeAsOVFe2O3復合材料的制備方法;所述堿性溶液中，氫氧根離子的濃度大于等于0.lmol/1;優(yōu)選為0.l-10mol/l。
[0022]本發(fā)明一種FeAS04/Fe203復合材料的制備方法;所述堿性溶液優(yōu)選為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液、氨水等不與砷酸根形成沉淀的堿性物質(zhì)中的一種。
[0023]本發(fā)明一種FeAS04/Fe203復合材料的制備方法;將FeAsO4沉淀加入堿性溶液中反應5?600分鐘。在工業(yè)化應用時通過控制FeAsO4沉淀在堿性溶液中的反應時間以及反應時的pH值就可以有效控制復合材料中FeAsO4與Fe2O3的摩爾比。
[0024]本發(fā)明一種FeAS04/Fe203復合材料的制備方法;所述高溫處理溫度為200?600°C;時間為I?5小時。
[°°25] 本發(fā)明一種FeAs04/Fe203復合材料的制備方法;所得FeAs04/Fe203復合材料呈納米顆粒狀;15-30顆納米顆粒組成直徑為250-35011111的納米球。
[0026]本發(fā)明一種FeAs04/Fe203復合材料的應用，包括用作傳感器。
[0027]本發(fā)明一種FeAsOVFe2O3復合材料的應用，所述傳感器用于檢測二甲苯氣體。
[0028]本發(fā)明一種FeAS04/Fe203復合材料的應用，所述傳感器用于檢測二甲苯氣體時，F(xiàn)eAsOVFe2O3復合材料中FeAsO4與Fe2O3的摩爾比優(yōu)選為0.05-0.35。
[0029]本發(fā)明一種FeAS04/Fe203復合材料的應用，所述傳感器用于檢測二甲苯氣體時，其檢測范圍的下限值為I Oppm。
[0030]優(yōu)勢
[0031]本發(fā)明設計了一種FeAS04/Fe203復合材料并開發(fā)出了該材料較為優(yōu)異的制備方法以及該材料在二甲苯氣體檢測中的應用。本發(fā)明復合材料結(jié)構(gòu)設計合理，制備方法工藝簡單，可控、成本低，具有有很好的工業(yè)化基礎。其應用于二甲苯氣體檢測是具有靈敏度高、檢出下限低的優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0032]圖1為實施例1所制備FeAsOVFe2O3復合材料的掃描電鏡圖；
[0033]圖2為實施例1所制備FeAsOVFe2O3復合材料的X射線粉末衍射圖；
[0034]圖3為實施例1所制備FeAS04/Fe203復合材料用作傳感器時對不同氣體的氣敏選擇性條形圖。
[0035]從圖1可以看出所制備FeAsOVFe2O3復合材料的微觀形貌。
[0036]從圖2中可以看出實施例1所制備的粉末為FeAsOVFe2O3復合材料。
[0037]從圖3中可以看出所制備FeAsO^Fe2O3復合材料用作傳感器時，對二甲苯氣的響應值較大。
[0038]具體實施方法
[0039]以下實施例旨在說明本發(fā)明而不是對本發(fā)明的進一步限定。
[0040]本發(fā)明實施例中，以所制備的FeAS04/Fe203復合材料制備傳感器時，其所用技術均為現(xiàn)有技術。
[0041 ] 實施例1
[0042]稱取169.6克Na3AsO4.12H20溶解于I升蒸餾水中，制備I升30克/升的含砷溶液，使用濃H2SO4調(diào)節(jié)溶液pH到I。按照鐵砷摩爾比1.5稱取166.83克的FeSO4.7H20，加入到溶液中并保持溶液攪拌。向溶液中通入氧氣，流速為2升/分鐘。將溶液加熱至90攝氏度，保持攪拌與通氧反應7個小時。待溶液冷卻后過濾，沉淀用去離子水洗滌，干燥，得到淺綠色粉末固體。將所得到的固體粉末浸泡于pH為14的NaOH溶液中240分鐘，過濾、洗滌、干燥，將產(chǎn)物在高溫爐中500攝氏度煅燒2小時，得到紅色粉末，此為目標產(chǎn)物FeAsOVFe2O3復合材料。
[0043]將所得紅色粉末制成傳感器后，用于檢測不同氣體;其所得結(jié)果見圖3。同時進一步做了二甲苯最低檢出值實驗，其最低檢出值為I Oppm。
[0044]實施例2
[0045]稱取109.3克NaH2AsO4溶解于I升蒸餾水中，制備I升50克/升的含砷溶液，使用濃H2SO4調(diào)節(jié)溶液pH到3。按照鐵砷摩爾比2稱取397.62克的FeCl2.4H20，加入到溶液中并保持溶液攪拌。向溶液中通入空氣，流速為5升/分鐘。將溶液加熱至80攝氏度，保持攪拌與通氧反應9個小時。待溶液冷卻后過濾，沉淀用去離子水洗滌，干燥，得到淺綠色粉末固體。將所得到的固體粉末浸泡于PH為15的NaOH溶液中60分鐘，過濾、洗滌、干燥，將產(chǎn)物在高溫爐中400攝氏度煅燒3小時，得到紅色粉末，此為目標產(chǎn)物。
[0046]將所得紅色粉末制成傳感器后，用于檢測二甲苯;最低檢出值實驗，其最低檢出值為1ppmο
[0047]實施例3
[0048]稱取24.65克Na2HAsO4溶解于I升蒸餾水中，制備I升10克/升的含砷溶液，使用濃H2SO4調(diào)節(jié)溶液pH到3。按照鐵砷摩爾比2稱取74.15克的FeSO4.7H20，加入到溶液中并保持溶液攪拌。向溶液中通入氧氣，流速為I升/分鐘。將溶液加熱至70攝氏度，保持攪拌與通氧反應6個小時。待溶液冷卻后過濾，沉淀用去離子水洗滌，干燥，得到淺綠色粉末固體。將所得到的固體粉末浸泡于PH為13的NaOH溶液中600分鐘，過濾、洗滌、干燥，將產(chǎn)物在高溫爐中600攝氏度煅燒2小時，得到紅色粉末，此為目標產(chǎn)物。
[0049]將所得紅色粉末制成傳感器后，用于檢測二甲苯;最低檢出值實驗，其最低檢出值為1ppmο
【主權(quán)項】
1.一種FeAs04/Fe203復合材料;其特征在于:所述復合材料包含F(xiàn)eAs04、Fe203 ；所述復合材料中FeAsCU與Fe203滿足下列公式: nFeAs04/n(FeAs04+Fe203) = 0.005—0.995。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種FeAs04/Fe203復合材料;其特征在于:所述復合材料由核層、過渡層、殼層組成;所述核層為FeAs(k，所述殼層為Fe203，所述過渡層由FeAs04與Fe203組成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種FeAs04/Fe203復合材料;其特征在于:所述復合材料的微觀形貌為納米球形。4.一種制備如權(quán)利要求1-3任意一項所述FeAs04/Fe203復合材料的方法;其特征在于:按鐵砷摩爾大于等于I，將水溶性亞鐵鹽加入含砷溶液中后通入含氧氣體，在70 0C以上反應，得到FeAsO4沉淀;然后將FeAsO4沉淀加入堿性溶液中反應，反應后經(jīng)過濾、洗滌、干燥，高溫處理，得到FeAs04/Fe203復合材料。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種FeAs04/Fe203復合材料的制備方法;其特征在于:首先以砷酸鹽為原料配置含砷水溶液，然后調(diào)節(jié)含砷水溶液PH值至1-5，并加入水溶性亞鐵鹽，在70°C-9(TC反應，反應過程中保持通入含氧氣體;反應結(jié)束后，過濾、洗滌、干燥得到淺綠色FeAsO4沉淀;接著將FeAsO4沉淀加入到堿性溶液中反應，反應后經(jīng)過濾、洗滌、干燥，高溫處理，得到紅色FeAs04/Fe203復合材料。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種FeAs04/Fe203復合材料的制備方法;其特征在于:所述砷酸鹽選自 Na3AsC>4、NaifeAsCU、Na2HAs04 中的至少一種。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種FeAs04/Fe203復合材料的制備方法;其特征在于: 所述含砷水溶液中砷含量為5-50克/升。 所述水溶性亞鐵鹽選自FeS04、FeCl2、Fe(N03)2中的至少一種。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種FeAs04/Fe203復合材料的制備方法;其特征在于: 按鐵砷摩爾比1.2?5:1，將水溶性亞鐵鹽加入含砷溶液中； 按0.1?5升/每分鐘的流速通入含氧氣體;所述含氧氣體中氧的體積百分含量為15-100% ； 在70°C以上反應6?12小時，得到FeAsO4沉淀；將FeAsO4沉淀加入堿性溶液中反應5?600分鐘后，經(jīng)過濾、洗滌、干燥處理后，再在200?600°C進行高溫處理I?5小時，得到紅色FeAs04/Fe203 復合材料。9.一種制備如權(quán)利要求1-3任意一項所述FeAs04/Fe203復合材料的應用，其特征在于:所述應用包括用作傳感器。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種FeAS04/Fe203復合材料的應用，其特征在于:所述傳感器用于檢測二甲苯氣體。
【文檔編號】B82Y30/00GK106082352SQ201610389814
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月3日 公開號201610389814.8, CN 106082352 A, CN 106082352A, CN 201610389814, CN-A-106082352, CN106082352 A, CN106082352A, CN201610389814, CN201610389814.8
【發(fā)明人】唐新村, 汪洋
【申請人】中南大學