基于絲瓜絡(luò)制備的多孔塊狀鐵氧體及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于絲瓜絡(luò)制備的多孔塊狀鐵氧體及其制備方法。首先將完整的絲瓜絡(luò)曬干，浸泡于鐵氧體前驅(qū)液中；隨后將產(chǎn)物在高溫下熱分解在植物脈絡(luò)中原位合成鐵氧體，從而得到具有一定機(jī)械強(qiáng)度的多孔塊狀鐵氧體材料。利用絲瓜絡(luò)天然的多孔塊狀結(jié)構(gòu)，本發(fā)明克服了傳統(tǒng)制備的鐵氧體不能兼具多孔性和塊狀的缺點(diǎn)；由于鐵氧體的磁性、催化性能以及多孔塊狀材料的高性能和易回收性，本發(fā)明制得的多孔塊狀鐵氧體在吸附劑、難降解廢水處理方面具有潛在的用途，具有成本低、易回收、兼具吸附與催化性能、性能強(qiáng)等特點(diǎn)。此外本發(fā)明利用了成本低廉的農(nóng)業(yè)廢棄物絲瓜絡(luò)作為原材料，因而亦可推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展，具有很強(qiáng)的社會和經(jīng)濟(jì)價值。
【專利說明】基于絲瓜絡(luò)制備的多孔塊狀鐵氧體及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料及其制備方法，尤其涉及一種基于絲瓜絡(luò)制備的多孔塊狀鐵氧體及其方法。

【背景技術(shù)】
[0002]絲瓜絡(luò)是葫蘆科植物絲瓜或粵絲瓜的成熟過失的維管束。在絲瓜的生長過程中，絲瓜絡(luò)是絲瓜中二氧化硅含量較高、韌性較強(qiáng)的部分，其天然生成的維管束管狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使其具有很強(qiáng)的吸附能力。絲瓜絡(luò)一般被用作清潔抹布、洗浴、裝飾等用途，應(yīng)用于化工新材料領(lǐng)域罕有報道。
[0003]尖晶石型鐵氧體的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為八8204 (八為2112\ 8為或胞是世界上產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的軟磁性鐵氧體之一。除了在高頻變壓、磁性記錄、磁共振等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用之外，尖晶石型鐵氧體還是一種常見的催化劑，可以用于催化合成氨，乙苯、丁烯等的脫氫反應(yīng)，(^、302和顯2等的還原反應(yīng)，以及有機(jī)污染物的催化降解反應(yīng)等。應(yīng)用于廢水處理領(lǐng)域時，尖晶石型鐵氧體具有可磁性回收、具有催化降解性能等特點(diǎn)，因此，尖晶石型鐵氧體的制備與應(yīng)用得到了普遍的關(guān)注和研宄。傳統(tǒng)上制備的鐵氧體材料一般為兩種形態(tài):塊狀或粉末狀。塊狀鐵氧體易回收、易重復(fù)利用等特點(diǎn)，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)封閉，吸附性能極差；而粉末狀鐵氧體具有比表面積高、表面活性強(qiáng)等特點(diǎn)，但其粉末狀的形貌難以回收利用，并易造成二次污染。如何制備兼具高比表面積、高表面活性、易回收、易重復(fù)利用等特性的鐵氧體材料成為難點(diǎn)和熱點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供基于絲瓜絡(luò)制備的多孔塊狀鐵氧體及其制備方法。
[0005]一種基于絲瓜絡(luò)制備的多孔塊狀鐵氧體，以絲瓜絡(luò)為模板，制得的多孔塊狀尖晶石型鐵氧體材料；鐵氧體取代了絲瓜絡(luò)中的天然脈絡(luò)形成了多孔、內(nèi)部呈網(wǎng)格狀、整體呈塊狀的材料。
[0006]所述的尖晶石型鐵氧體的結(jié)構(gòu)通式為仙204，^為2?。?2\8 為
[0007]一種所述的多孔塊狀鐵氧體的制備方法，步驟如下:
將絲瓜絡(luò)自然烘干或曬干，并用去離子水清洗去除其表面的雜質(zhì)，隨后烘干，保留絲瓜絡(luò)的原始整體形貌；
將二價金屬鹽與三價金屬鹽以摩爾比1:2進(jìn)行混合，得到鐵氧體前驅(qū)體，將絲瓜絡(luò)浸泡于鐵氧體前驅(qū)體中；
鐵氧體前驅(qū)體滲透進(jìn)入絲瓜絡(luò)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部之后，將產(chǎn)物烘干后置于爐中，高溫煅燒，冷卻。
[0008]所述的制備方法，步驟具體如下: 1)將天然的絲瓜絡(luò)自然烘干或曬干，用去離子水清洗，去除雜質(zhì)后在60?1501:條件下烘干，保留絲瓜絡(luò)的整體形貌；
2)將0.05?0.5摩爾的二價金屬鹽與0.1?1摩爾的三價金屬鹽以摩爾比為1:2加入到0.1?2升去離子水中，混合攪拌均勻后得到鐵氧體前驅(qū)體；
3)取10克步驟1)的產(chǎn)物，加入到步驟2)所得的鐵氧體前驅(qū)體中，浸泡2-24小時；所得產(chǎn)物60?150 X:烘干后置于爐中，450?9001:煅燒0.5?3小時，冷卻后取出，即得多孔塊狀的鐵氧體材料。
[0009]所述的二價金屬鹽為胞'?,、附或2=?的硝酸鹽或氯化物中的一種或幾種。
[0010]所述的三價金屬鹽為的硝酸鹽或氯化物中的一種或兩種。
[0011]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明提出的從絲瓜絡(luò)制備的多孔塊狀鐵氧體及其方法充分利用了絲瓜絡(luò)的天然塊狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，鐵氧體取代了絲瓜絡(luò)的天然網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，形成了多孔塊狀的鐵氧體材料，從而兼具粉末狀鐵氧體吸附性能強(qiáng)、表面活性高以及塊狀鐵氧體易回收、可以重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)，在吸附劑、難降解廢水催化降解處理等領(lǐng)域具有潛在的用途。本發(fā)明提出的從絲瓜絡(luò)制備的多孔塊狀鐵氧體及其方法，工藝流程簡單，材料結(jié)構(gòu)新穎，潛在用途廣泛，具有很強(qiáng)的應(yīng)用價值。

【具體實(shí)施方式】
[0012]本發(fā)明提出了一種基于絲瓜絡(luò)制備的多孔塊狀鐵氧體及其制備方法。【具體實(shí)施方式】包括以下步驟:
制備的第一步是將天然的絲瓜絡(luò)自然烘干或曬干，并用去離子水清洗去除其表面的雜質(zhì)，隨后烘干。保留絲瓜絡(luò)的原始整體形貌，具有宏觀上為塊狀、微觀上為網(wǎng)絡(luò)狀及維管束狀的特點(diǎn)。
[0013]制備的第二步是配置鐵氧體前驅(qū)體并對絲瓜絡(luò)進(jìn)行浸泡處理。將二價金屬鹽與三價金屬鹽以摩爾比1:2進(jìn)行混合，得到鐵氧體前驅(qū)體。將絲瓜絡(luò)浸泡于鐵氧體前驅(qū)體中。三價金屬鹽可以選擇硝酸鐵或者氯化鐵，因?yàn)橄跛徼F和氯化鐵都具有極強(qiáng)的腐蝕性，其將腐蝕絲瓜絡(luò)的表面，使得鐵氧體前驅(qū)體滲透進(jìn)入絲瓜絡(luò)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部。
[0014]制備的第三步是制備多孔塊狀鐵氧體。鐵氧體前驅(qū)體滲透進(jìn)入絲瓜絡(luò)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部之后，將產(chǎn)物烘干后置于爐中，高溫煅燒。在高溫煅燒過程中，絲瓜絡(luò)的主要成分將分解，而其結(jié)構(gòu)被原位合成的鐵氧體所取代，從而得到具有網(wǎng)絡(luò)狀、塊狀結(jié)構(gòu)的鐵氧體材料。該材料兼具粉末狀鐵氧體吸附性能強(qiáng)、表面活性高以及塊狀鐵氧體易回收、可以重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)，在吸附劑、難降解廢水催化降解處理等領(lǐng)域具有潛在的用途。
[0015]下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0016]實(shí)施例1
1)將天然的絲瓜絡(luò)自然烘干或曬干，用去離子水清洗，去除雜質(zhì)后在601:條件下烘干，保留絲瓜絡(luò)的整體形貌；
2)將0.05摩爾的氯化亞鐵與0.1摩爾的三氯化鐵加入到0.1升去離子水中，混合攪拌均勻后得到鐵氧體前驅(qū)體；
3)取10克步驟1)的產(chǎn)物，加入到步驟2)所得的鐵氧體前驅(qū)體中，浸泡24小時；所得產(chǎn)物601:烘干后置于爐中，4501:煅燒3小時，冷卻后取出，即得多孔塊狀的四氧化三鐵材料。
[0017]實(shí)施例2
1)將天然的絲瓜絡(luò)自然烘干或曬干，用去離子水清洗，去除雜質(zhì)后在1501:條件下烘干，保留絲瓜絡(luò)的整體形貌；
2)將0.5摩爾的氯化錳與1摩爾的三氯化鐵加入到2升去離子水中，混合攪拌均勻后得到鐵氧體前驅(qū)體；
3)取10克步驟1)的產(chǎn)物，加入到步驟2)所得的鐵氧體前驅(qū)體中，浸泡2小時；所得產(chǎn)物1501:烘干后置于爐中，9001:煅燒0.5小時，冷卻后取出，即得多孔塊狀的鐵酸錳材料。
[0018]實(shí)施例3
1)將天然的絲瓜絡(luò)自然烘干或曬干，用去離子水清洗，去除雜質(zhì)后在751:條件下烘干，保留絲瓜絡(luò)的整體形貌；
2)將0.1摩爾的硝酸鎳與0.2摩爾的硝酸鐵加入到1升去離子水中，混合攪拌均勻后得到鐵氧體前驅(qū)體；
3)取10克步驟1)的產(chǎn)物，加入到步驟2)所得的鐵氧體前驅(qū)體中，浸泡12小時；所得產(chǎn)物751:烘干后置于爐中，6001:煅燒2小時，冷卻后取出，即得多孔塊狀的鐵酸鎳材料。
[0019]實(shí)施例4
1)將天然的絲瓜絡(luò)自然烘干或曬干，用去離子水清洗，去除雜質(zhì)后在1001:條件下烘干，保留絲瓜絡(luò)的整體形貌；
2)將0.25摩爾的硝酸銅與0.5摩爾的硝酸鐵加入到1.5升去離子水中，混合攪拌均勻后得到鐵氧體前驅(qū)體；
3)取10克步驟1)的產(chǎn)物，加入到步驟2)所得的鐵氧體前驅(qū)體中，浸泡15小時；所得產(chǎn)物1001烘干后置于爐中，7501煅燒1.5小時，冷卻后取出，即得多孔塊狀的鐵酸銅材料。
[0020]實(shí)施例5
1)將天然的絲瓜絡(luò)自然烘干或曬干，用去離子水清洗，去除雜質(zhì)后在1251:條件下烘干，保留絲瓜絡(luò)的整體形貌；
2)將0.2摩爾的硝酸鈷與0.4摩爾的硝酸鐵加入到0.75升去離子水中，混合攪拌均勻后得到鐵氧體前驅(qū)體；
3)取10克步驟1)的產(chǎn)物，加入到步驟2)所得的鐵氧體前驅(qū)體中，浸泡8小時；所得產(chǎn)物1251:烘干后置于爐中，8001:煅燒1小時，冷卻后取出，即得多孔塊狀的鐵酸鈷材料。
[0021]實(shí)施例6
1)將天然的絲瓜絡(luò)自然烘干或曬干，用去離子水清洗，去除雜質(zhì)后在901:條件下烘干，保留絲瓜絡(luò)的整體形貌；
2)將0.15摩爾的氯化鋅與0.3摩爾的三氯化鐵加入到1升去離子水中，混合攪拌均勻后得到鐵氧體前驅(qū)體；
3)取10克步驟1)的產(chǎn)物，加入到步驟2)所得的鐵氧體前驅(qū)體中，浸泡16小時；所得產(chǎn)物901:烘干后置于爐中，7001:煅燒2.5小時，冷卻后取出，即得多孔塊狀的鐵酸鋅材料。
【權(quán)利要求】
1.一種基于絲瓜絡(luò)制備的多孔塊狀鐵氧體，其特征在于，它是一種以絲瓜絡(luò)為模板，制得的多孔塊狀尖晶石型鐵氧體材料；鐵氧體取代了絲瓜絡(luò)中的天然脈絡(luò)形成了多孔、內(nèi)部呈網(wǎng)格狀、整體呈塊狀的材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔塊狀鐵氧體，其特征在于，所述的尖晶石型鐵氧體的結(jié)構(gòu)通式為 ΑΒ204，A 為 Mn2.、Fe2.、Ni2.、Cu2+、Co2+或 Zn 2+，B 為 Fe3+。
3.—種根據(jù)權(quán)利要求2所述的多孔塊狀鐵氧體的制備方法，其特征在于，步驟如下: 將絲瓜絡(luò)自然烘干或曬干，并用去離子水清洗去除其表面的雜質(zhì)，隨后烘干，保留絲瓜絡(luò)的原始整體形貌； 將二價金屬鹽與三價金屬鹽以摩爾比1:2進(jìn)行混合，得到鐵氧體前驅(qū)體，將絲瓜絡(luò)浸泡于鐵氧體前驅(qū)體中； 鐵氧體前驅(qū)體滲透進(jìn)入絲瓜絡(luò)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部之后，將產(chǎn)物烘干后置于爐中，高溫煅燒，冷卻。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟具體如下: 1)將天然的絲瓜絡(luò)自然烘干或曬干，用去離子水清洗，去除雜質(zhì)后在60?150°C條件下烘干，保留絲瓜絡(luò)的整體形貌； 2)將0.05?0.5摩爾的二價金屬鹽與0.1?1摩爾的三價金屬鹽以摩爾比為1:2加入到0.1?2升去離子水中，混合攪拌均勻后得到鐵氧體前驅(qū)體； 3)取10克步驟1)的產(chǎn)物，加入到步驟2)所得的鐵氧體前驅(qū)體中，浸泡2-24小時；所得產(chǎn)物60?150 °C烘干后置于爐中，450?900°C煅燒0.5?3小時，冷卻后取出，即得多孔塊狀的鐵氧體材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述的二價金屬鹽為Mn2+、Fe2+、Ni2+、Cu2+、Co2+或Zn 2+的硝酸鹽或氯化物中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述的三價金屬鹽為Fe3+的硝酸鹽或氯化物中的一種或兩種。
【文檔編號】B01J20/24GK104446417SQ201410725238
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月4日
【發(fā)明者】陳雪剛, 張?jiān)? 劉舒婷, 葉瑛, 閆康康, 秦文莉, 紀(jì)曉聲 申請人:浙江大學(xué)