專利名稱:一種制備α-Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>納米球的方法
技術領域:
本發(fā)明屬于化學工程技術,具體涉及一種制備a -Fe2O3納米球的方法。
背景技術:
污水處理技術備受關注。隨著納米技術的發(fā)展,過渡金屬氫氧化物和氧化物納米材料用于環(huán)境監(jiān)測和污染物控制的研究屢見報道。納米材料的獨特性質(zhì)源于其富價態(tài)、大比表面和可變的電子結構。近年來,由分層納米亞單元構成的三維納米結構材料因為其特殊結構,在清除水體中的重金屬離子和有機污染物方面表現(xiàn)出了良好的吸附性質(zhì),具有廣泛的應用前景。因而控制形態(tài)合成出各種性能良好的三維納米結構材料的相關研究方興未艾。C1-Fe2O3是氧化鐵的熱力學最穩(wěn)定相,被廣泛應用于催化劑、色素、氣體感應、能量存儲等領域。近來出現(xiàn)了很多制備三維納米結構的Q-Fe2O3作為吸附劑用于污水處理的研究。然而大多數(shù)制備方法涉及高溫和長時間的化學反應,而且反應過程中往往用到有毒的有機溶劑或者導向劑作為模板,這些都限制了制得的三維納米結構的a -Fe2O3在水處理方面的實際應用。探索一種綠色無污染、簡單易行的三維納米結構的Q-Fe2O3的合成方法,并能大規(guī)模制備,具有重要的現(xiàn)實意義。目前微波輔助水熱合成技術在化學領域已得到廣泛的應用。與傳統(tǒng)加熱方式相t匕,微波加熱速度快且加熱均勻,縮短了反應時間,節(jié)省了能源。本發(fā)明尋求用微波合成法,簡單快速地制備a -Fe2O3三維納米體。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述問題,提供了一種制備a -Fe2O3納米球的方法。為實現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用的技術方案為:一種制備α -Fe 203納米球的方法,I)以六水合三氯化鐵(FeCl3WH2O)為鐵源,尿素(CO(NH2)2)為氫氧根離子引發(fā)劑,將鐵源與引發(fā)劑利用超聲溶解于甘油和水組成的混合溶劑中,而后置于密閉條件下進行微波處理,在130-150°C進行微波處理20-50min ;其中,六水合三氯化鐵與尿素摩爾比為1:1-1.5,鐵源濃度為1.0-1.5mol/L,甘油和水體積比為1:2-9 ;2)將上述微波處理后產(chǎn)物自然冷卻后離心,所得沉淀采用乙醇和水進行交替洗滌,洗滌后干燥,即得平均直徑300-500nm、整體結構由尺寸約20_50nm的棒狀納米亞單元構成的Ct-Fe2O3納米球。制備C1-Fe2O3納米球的方法,I)以六水合三氯化鐵(FeCl3.6H20)為鐵源,尿素(CO(NH2)2)為氫氧根離子引發(fā)劑,將鐵源與引發(fā)劑利用超聲溶解于甘油和水組成的混合溶劑中,而后置于聚四氟乙烯反應 釜內(nèi)密封放置,再將反應釜聚四氟乙烯內(nèi)膽轉移到微波反應器中在130-150°C進行微波處理25-30min ;
其中,六水合三氯化鐵與尿素摩爾比為1:1-1.5,鐵源濃度為1.0-1.5mol/L,甘油和水體積比為1:8-9 ;2)將上述微波處理后產(chǎn)物自然冷卻后10000轉/min離心30min,所得沉淀用乙醇和水交替洗滌,洗滌后于80°C干燥5h,即得到平均直徑300-400nm的實心納米球,其整體結構由尺寸20-50nm的棒狀納米亞單元構成的a -Fe2O3納米球。制備Q-Fe2O3納米球的方法,I)以六水合三氯化鐵(FeCl3.6Η20)為鐵源,尿素(CO(NH2)2)為氫氧根離子引發(fā)劑,將鐵源與引發(fā)劑利用超聲溶解于甘油和水組成的混合溶劑中,而后置于聚四氟乙烯反應釜內(nèi)密封放置,再將反應釜聚四氟乙烯內(nèi)膽轉移到微波反應器中在140°C進行微波處理25-30min ;其中,六水合三氯化鐵與尿素摩爾比為1:1-1.5,鐵源濃度為1.0-1.5mol/L,甘油和水體積比為1:4-8 ;2)將上述微波處理后產(chǎn)物自然冷卻后10000轉/min離心30min,所得沉淀用乙醇和水交替洗滌,洗滌后于80°C干燥5h,即得到平均直徑300-400nm的半實心納米球,其整體結構由尺寸20-50nm的棒狀納米亞單元構成的a -Fe2O3納米球。制備Q-Fe2O3納米球的方 法,I)以六水合三氯化鐵(FeCl3.6Η20)為鐵源,尿素(CO(NH2)2)為氫氧根離子引發(fā)劑,將鐵源與引發(fā)劑利用超聲溶解于甘油和水組成的混合溶劑中,而后置于聚四氟乙烯反應釜內(nèi)密封放置,再將反應釜聚四氟乙烯內(nèi)膽轉移到微波反應器中在140°C進行微波處理25-30min ;其中,六水合三氯化鐵與尿素摩爾比為1:1-1.5,鐵源濃度為1.0-1.5mol/L,甘油和水體積比為1:3-4 ;2)將上述微波處理后產(chǎn)物自然冷卻后10000轉/min離心30min,所得沉淀用乙醇和水交替洗滌,洗滌后于80°C干燥5h,即得到平均直徑300-500nm的空心納米球,其整體結構由尺寸30-50nm的棒狀納米亞單元構成的a -Fe2O3納米球。本發(fā)明所具有的優(yōu)點:1.本發(fā)明利用尿素的緩慢水解提供了反應中所需的持續(xù)低濃度的0Η—,與體系中的Fe3+結合后在反應體系中迅速轉變?yōu)閍-Fe203。2.本發(fā)明合成過程中合適體積比的甘油/水混合溶劑可自聚形成規(guī)整的準微乳球不均相體系,作為a-Fe2O3晶粒沉積的軟模板。在洗滌干燥過程中微乳球萃洗掉可得完整的空心納米球體。3.本發(fā)明利用廉價無毒的甘油/水為溶劑,避免了有毒有機試劑的使用,同時微波法相比傳統(tǒng)加熱法具有反應時間更短、節(jié)約能源、環(huán)保的特點。4.本發(fā)明制備所得納米球通過X射線衍射圖(XRD),掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)等表征,表明不同比例甘油/水混合溶液水熱反應后得到的a -Fe2O3呈現(xiàn)出不同的球狀結構。本發(fā)明中的空心a-Fe2O3納米球?qū)s (V)和Cr(VI)重金屬離子以及剛果紅有很好的吸附作用。
圖1為本發(fā)明實施例提供的a -Fe2O3納米球的X射線衍射圖(XRD)。圖2為本發(fā)明實施例提供的a -Fe2O3納米球的掃描電鏡(SEM)圖。
圖3為本發(fā)明實施例提供的a -Fe2O3實心納米球的透射電鏡(TEM)圖。圖4為本發(fā)明實施例提供的a -Fe2O3半實心納米球透射電鏡(TEM)圖。圖5為本發(fā)明實施例提供的a -Fe2O3空心納米球透射電鏡(TEM)圖。圖6為本發(fā)明應用例提供的a -Fe2O3空心納米球?qū)χ亟饘匐x子的吸附效率圖。圖7為本發(fā)明應用例提供的a -Fe2O3空心納米球?qū)Σ煌跏紳舛鹊闹亟饘匐x子的吸附平衡圖。圖8本發(fā)明應用例提供的a -Fe2O3空心納米球?qū)偣t的吸附效率圖。
具體實施例方式a -Fe2O3 納米球:I)以六水合三氯化鐵(FeCl3WH2O)為鐵源,尿素(CO(NH2)2)為氫氧根離子引發(fā)劑,將鐵源與引發(fā)劑利用超聲溶解于甘油和水組成的混合溶劑中,而后置于密閉條件下進行微波處理,在130-150°C進行微波處理20-50min ;其中,六水合三氯化鐵與尿素摩爾比為1:1-1.5,鐵源濃度為1.0-1.5mol/L,甘油和水體積比為1:2-9 ;2)將上述微波處理后產(chǎn)物自然冷卻后離心,所得沉淀采用乙醇和水進行交替洗滌,洗滌后干燥,即得平均直徑300-500nm、整體結構由尺寸約20_50nm的棒狀納米亞單元構成的Ct-Fe2O3納米球。 由上述圖1可知XRD譜圖在20-70°范圍的所有特征峰位置和峰強與JCPDS譜圖庫中N0.33-0664所示a -Fe2O3很好地吻合,由圖2中可見納米球平均直徑約300_500nm,納米球整體結構由尺寸約20-50nm的棒狀納米亞單元構成。實施例1I)以六水合三氯化鐵(FeCl3.6H20)為鐵源,尿素(CO(NH2)2)為氫氧根離子引發(fā)齊U,二者摩爾比為1:1,將鐵源與引發(fā)劑利用超聲溶解于甘油和水組成的混合溶劑中。其中鐵源濃度為l.0mol/L,甘油和水體積比為1:9。將該混合溶液置于聚四氟乙烯反應釜密封,轉移到微波反應器,在150°C溫度下進行微波處理30min。2)將上述微波處理后產(chǎn)物自然冷卻后10000轉/min離心30min,所得沉淀用乙醇和水交替洗滌,洗滌后于80°C干燥5h,即得到平均直徑300-350nm的實心納米球,其整體結構由尺寸20-50nm的棒狀納米亞單元構成,如圖3所示。由圖3清晰可見其實心結構并且平均直徑300_350nm。實施例2I)以六水合三氯化鐵(FeCl3.6H20)為鐵源,尿素(CO(NH2)2)為氫氧根離子引發(fā)齊U,二者摩爾比為1:1,將鐵源與引發(fā)劑利用超聲溶解于甘油和水組成的混合溶劑中。其中鐵源濃度為l.0mol/L,甘油和水體積比為1:6。將該混合溶液置于聚四氟乙烯反應釜密封,轉移到微波反應器,在140°C進行微波處理30min。2)將上述微波處理后產(chǎn)物自然冷卻后10000轉/min離心30min,所得沉淀用乙醇和水交替洗滌,洗滌后于80°C干燥5h,即得到平均直徑350-400nm的半實心納米球,其整體結構由尺寸20-50nm的棒狀納米亞單元構成,如圖4所示。由圖4清晰可見其半實心結構,并且平均直徑350_400nm,其整體結構由尺寸20-50nm的棒狀納米亞單元構成。實施例3I)以六水合三氯化鐵(FeCl3.6H20)為鐵源,尿素(CO(NH2)2)為氫氧根離子引發(fā)齊IJ,二者摩爾比為1:1.5,將鐵源與引發(fā)劑利用超聲溶解于甘油和水組成的混合溶劑中。其中鐵源濃度為l.0mol/L,甘油和水體積比為1:3。將該混合溶液置于聚四氟乙烯反應釜密封,轉移到微波反應器,在140°C進行微波處理30min。2)將上述微波處理后產(chǎn)物自然冷卻后10000轉/min離心30min,所得沉淀用乙醇和水交替洗滌,洗滌后于80°C干燥5h,即得到平均直徑300-400nm的空心納米球,空心球殼厚約60nm。其整體結構由尺寸30-50nm的棒狀納米亞單元構成,如圖5所示。由圖5清晰可見其空心結構,并且平均直徑300_400nm,其整體結構由尺寸30-50nm的棒狀納米亞單元構成。應用例I) a -Fe2O3空心納米球?qū)s (V)和Cr (VI)離子的吸附。取15mg上述實施例3所得a -Fe2O3空心納米球置于30mL初始濃度為40mg/L的重金屬離子溶液中,室溫下攪拌IOh后在15000轉/min條件下離心20min,過濾。用ICP-OES測定濾液中殘余重金屬離子含量。然后據(jù)公式(I)、(2)分別計算出a-Fe2O3空心納米球?qū)s (V)和Cr(VI)離子的吸附容量和吸附率(見表I)。2) a -Fe2O3空心納米球?qū)偣t的吸附。取30mg上述實施例3所得空心納米球置于50mL初始濃度為100mg/L的剛果紅溶液中。室溫下攪拌IOh后在15000轉/min條件下離心20min,過濾。用紫外可見光譜儀測定濾液中殘余剛果紅 含量。然后可計算然后據(jù)公式(1)、(2)分別計算出C1-Fe2O3空心納米球?qū)偣t的吸附容量和吸附率(見表I)。qe= (C0-Ce) V/W⑴Remova I % = (C0-Ce) /C0 (2)其中,qe為達到吸附平衡時的吸附容量(mg/g),C0為有害物質(zhì)的初始濃度(mg/L),Ce為達吸附平衡時溶液中有害物質(zhì)的濃度(mg/L),V為溶液體積(L),W為a -Fe2O3空心納米球的使用質(zhì)量(g)。表I a -Fe2O3空心納米球?qū)s (V)和Cr (VI)離子及剛果紅的吸附活性
權利要求
1.一種制備C1-Fe2O3納米球的方法,其特征在于: O以六水合三氯化鐵(FeCl3.6H20)為鐵源,尿素(CO(NH2)2)為氫氧根離子引發(fā)劑,將鐵源與引發(fā)劑利用超聲溶解于甘油和水組成的混合溶劑中,而后置于密閉條件下進行微波處理,在130-150°C進行微波處理20-50min ; 其中,六水合三氯化鐵與尿素摩爾比為1:1-1.5,鐵源濃度為1.0-1.5mol/L,甘油和水體積比為1:2-9 ; 2)將上述微波處理后產(chǎn)物自然冷卻后離心,所得沉淀采用乙醇和水進行交替洗滌,洗滌后干燥,即得平均直徑300-500nm、整體結構由尺寸約20_50nm的棒狀納米亞單元構成的a -Fe2O3納米球。
2.按權利要求1所述的制備a-Fe2O3納米球的方法,其特征在于: O以六水合三氯化鐵(FeCl3.6Η20)為鐵源,尿素(CO(NH2)2)為氫氧根離子引發(fā)劑,將鐵源與引發(fā)劑利用超聲溶解于甘油和水組成的混合溶劑中,而后置于聚四氟乙烯反應釜內(nèi)密封放置,再將反應釜聚四氟 乙烯內(nèi)膽轉移到微波反應器中在130-150°C進行微波處理25_30min ; 其中,六水合三氯化鐵與尿素摩爾比為1:1-1.5,鐵源濃度為1.0-1.5mol/L,甘油和水體積比為1:8-9 ; 2)將上述微波處理后產(chǎn)物自然冷卻后10000轉/min離心30min,所得沉淀用乙醇和水交替洗滌,洗滌后于80°C干燥5h,即得到平均直徑300-400nm的實心納米球,其整體結構由尺寸20-50nm的棒狀納米亞單元構成的a -Fe2O3納米球。
3.按權利要求1所述的制備a-Fe2O3納米球的方法,其特征在于: O以六水合三氯化鐵(FeCl3.6Η20)為鐵源,尿素(CO(NH2)2)為氫氧根離子引發(fā)劑,將鐵源與引發(fā)劑利用超聲溶解于甘油和水組成的混合溶劑中,而后置于聚四氟乙烯反應釜內(nèi)密封放置,再將反應釜聚四氟乙烯內(nèi)膽轉移到微波反應器中在140°C進行微波處理25_30min ; 其中,六水合三氯化鐵與尿素摩爾比為1:1-1.5,鐵源濃度為1.0-1.5mol/L,甘油和水體積比為1:4-8 ; 2)將上述微波處理后產(chǎn)物自然冷卻后10000轉/min離心30min,所得沉淀用乙醇和水交替洗滌,洗滌后于80°C干燥5h,即得到平均直徑300-400nm的半實心納米球,其整體結構由尺寸20-50nm的棒狀納米亞單元構成的a -Fe2O3納米球。
4.按權利要求1所述的制備a-Fe2O3納米球的方法,其特征在于: O以六水合三氯化鐵(FeCl3.6Η20)為鐵源,尿素(CO(NH2)2)為氫氧根離子引發(fā)劑,將鐵源與引發(fā)劑利用超聲溶解于甘油和水組成的混合溶劑中,而后置于聚四氟乙烯反應釜內(nèi)密封放置,再將反應釜聚四氟乙烯內(nèi)膽轉移到微波反應器中在140°C進行微波處理25_30min ; 其中,六水合三氯化鐵與尿素摩爾比為1:1-1.5,鐵源濃度為1.0-1.5mol/L,甘油和水體積比為1:3-4 ; 2)將上述微波處理后產(chǎn)物自然冷卻后10000轉/min離心30min,所得沉淀用乙醇和水交替洗滌,洗滌后于80°C干燥5h,即得到平均直徑300-500nm的空心納米球,其整體結構由尺寸30-50nm的棒狀納米亞單元構成的a -Fe2O3納米球。
全文摘要
本發(fā)明屬于化學工程技術,具體涉及一種制備α-Fe2O3納米球的方法。具體以六水合三氯化鐵(FeCl3·6H2O)為鐵源,尿素(CO(NH2)2)為氫氧根離子引發(fā)劑,將鐵源與引發(fā)劑利用超聲溶解于甘油和水組成的混合溶劑中,而后置于密閉條件下進行微波處理,在120-160℃進行微波處理20-50min;將微波處理后產(chǎn)物自然冷卻后離心,所得沉淀采用乙醇和水進行交替洗滌,洗滌后干燥,即得平均直徑300-500nm、整體結構由尺寸約20-50nm的棒狀納米亞單元構成的α-Fe2O3納米球。本發(fā)明利用廉價無毒的甘油/水為溶劑,避免了有毒有機試劑的使用,同時微波法相比傳統(tǒng)加熱法具有反應時間更短、節(jié)約能源、環(huán)保的特點。
文檔編號B82Y30/00GK103073065SQ20121032313
公開日2013年5月1日 申請日期2012年9月4日 優(yōu)先權日2012年9月4日
發(fā)明者李鵬程, 魏振華, 邢榮娥, 劉松, 于華華, 秦玉坤, 李榮峰, 李克成, 李冰, 王雪芹 申請人:中國科學院海洋研究所