一種六邊形釩酸鈰納米盤的制備方法及其用途
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種六邊形釩酸鈰納米盤的制備方法及其用途。該制備方法包括K2(H2O)10H2V10O28·4H2O的制備和六邊形釩酸鈰納米盤的制備兩步。本發(fā)明得到的六邊形釩酸鈰納米盤通過對紫外光的良好吸收，有著良好的光催化效率，通過對材料用全氟癸基三乙氧基硅烷的甲醇溶液的修飾后，其在超疏水方面也表現(xiàn)出良好的性能。本發(fā)明制備的六邊形釩酸鈰納米盤對羅丹明B有著很高的降解作用，是一種優(yōu)良的光催化劑，同時(shí)在超疏水方面也有著良好的性能。
【專利說明】一種六邊形釩酸鈰納米盤的制備方法及其用途

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種I凡酸鐘納米盤的制備方法及其用途，屬于無機(jī)納米材料制備工藝【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]我國是世界上稀土資源最豐富的國家，稀土元素由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)而具有其他很多元素不具備的光、電、磁、熱等特性，可以應(yīng)用于航天科技、醫(yī)藥衛(wèi)生等高科技領(lǐng)域。近幾年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，稀土納米材料已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于日常生活之中，因此新型稀土化合物納米材料的合成和性質(zhì)研宄成為了一個(gè)嶄新的領(lǐng)域。
[0003]稀土釩酸鹽在發(fā)光二極管、顯示器、生物探針、納米光電器件、零閾值激光器等領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用前景，近幾年來稀土釩酸鹽材料一直是研宄的熱點(diǎn)，形成了相當(dāng)大的生產(chǎn)規(guī)模和廣闊的市場，其產(chǎn)值和經(jīng)濟(jì)效益都很高。釩酸鹽發(fā)光材料的制備技術(shù)雖然已經(jīng)取得了一定的進(jìn)步，但在形貌、尺寸大小及結(jié)構(gòu)的控制，提高其發(fā)光、催化方面還需要進(jìn)一步的更深入的研宄。目前釩酸鹽的制備方法通常采用高溫固相法、微波法、高溫水熱法等，這不僅需要消耗大量的能源而且對環(huán)境造成一定的污染。因此，尋求一種條件溫和、成本低廉、操作簡單、環(huán)境友好的能夠控制釩酸鹽材料的尺寸、形貌以及特殊結(jié)構(gòu)的合成路線具有重要的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種能夠催化降解有機(jī)染料羅丹明B和構(gòu)筑超疏水表面的六邊形釩酸鈰納米盤的制備方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0006]一種六邊形釩酸鈰納米盤的制備方法，包括如下步驟:
[0007](I)K2 (H2O) 10H2V10028.4H20 的制備
[0008]將濃度為0.02?0.03g/mL的Na2HPO4水溶液緩慢滴加到濃度為0.04?0.06g/mL的偏銀酸錢水溶液中，Na2HPO4的水溶液與偏I(xiàn)凡酸錢水溶液的體積比為1: 1，調(diào)節(jié)pH為5?6，然后混合溶液在100?110°C下反應(yīng)2?3h ;過濾后，按在混合液中0.lg/L的濃度加入KCl煮沸30?40min，趁熱過濾后揮發(fā)結(jié)晶，即得到桔黃色的K2(H2O)ltlH2VltlO28.4H20 ；
[0009](2)六邊形釩酸鈰納米盤的制備
[0010]將濃度為0.005?0.01g/mL的氯化鈰水溶液緩慢滴加到濃度為0.005?0.0lg/mL的K2 (H2O) 10H2V10028.4Η20的水溶液中，氯化鈰水溶液與K2 (H2O) 10H2V10028.4Η20的水溶液的體積比為10:1，常溫?cái)嚢柘抡{(diào)節(jié)pH為5?11，裝入反應(yīng)釜中120?160°C反應(yīng)24?48h，離心過濾，用乙醇洗滌后干燥得到六邊形釩酸鈰納米盤。
[0011]一種六邊形f凡酸鐘納米盤的用途:用于降解羅丹明B和構(gòu)筑超疏水表面。
[0012]本發(fā)明具有如下的技術(shù)效果:
[0013](I)本發(fā)明制備的六邊形釩酸鈰納米盤通過對紫外光的良好吸收，有著良好的光催化效率，通過對材料用全氟癸基三乙氧基硅烷的甲醇溶液的修飾后，發(fā)現(xiàn)其在超疏水方面也表現(xiàn)出良好的性能。
[0014](2)本發(fā)明制備的六邊形釩酸鈰納米盤對羅丹明B有著很高的降解作用，是一種優(yōu)良的光催化劑，同時(shí)在超疏水方面也有著良好的性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是120°C下pH為8，反應(yīng)24h的釩酸鈰的SEM圖。
[0016]圖2是120°C下pH為9，反應(yīng)24h的釩酸鈰的SEM圖。
[0017]圖3是140°C下pH為9，反應(yīng)24h的釩酸鈰的TEM圖。
[0018]圖4是160°C下pH為9，反應(yīng)24h的釩酸鈰的TEM圖。
[0019]圖5是120°C、140°C、160°C下pH為9，反應(yīng)24h的釩酸鈰的X射線粉末衍射圖:
[0020]①反應(yīng)溫度120 °C②反應(yīng)溫度140 °C③反應(yīng)溫度160 °C。
[0021]圖6是光照條件下，釩酸鈰催化羅丹明B溶液降解率隨著時(shí)間的變化關(guān)系圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不限于此。
[0023]實(shí)施例1
[0024]一種六邊形釩酸鈰納米盤的制備方法，包括如下步驟:
[0025](I)K2 (H2O) 10H2V10028.4H20 (十釩酸鉀)的制備
[0026]準(zhǔn)確稱取5.163g的偏釩酸銨加入到200ml的水中，攪拌至其溶解，再加入3.223g的磷酸氫二鈉(Na2HPO4)，調(diào)節(jié)pH約為5，然后混合溶液在120°C下反應(yīng)5h ;過濾后，加入
3.709g氯化鉀(KCl)煮沸30min，趁熱過濾后揮發(fā)結(jié)晶，即得到桔黃色的十釩酸鉀晶體。
[0027](2)六邊形釩酸鈰納米盤的制備
[0028](a)準(zhǔn)確的稱取0.065j^CeCl 3.5Η20加入75ml的去離子水中，常溫?cái)嚢?min后，加入上述I制備的0.103g十釩酸鉀，攪拌混勻，得混合液；
[0029](b)用pH計(jì)測溶液pH，滴加2M的NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液pH為8 ;
[0030](c)將溶液轉(zhuǎn)移到10ml有聚四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜中，置于烘箱，進(jìn)行水熱反應(yīng)，溫度120°C反應(yīng)24h，離心過濾，用水和乙醇洗滌交替洗滌3次，得到的樣品在恒溫干燥箱60°C干燥12h得到釩酸鈰產(chǎn)物。經(jīng)掃描電子顯微鏡(SEM)圖1觀察，證實(shí)所得產(chǎn)品為近似六邊形的f凡酸鐘納米盤，其直徑約為80nm。
[0031]實(shí)施例2
[0032](I)K2 (H2O) 10H2V10028.4H20 (十釩酸鉀)的制備
[0033]按照實(shí)例I中的十釩酸鉀的制備步驟；
[0034](2)六邊形釩酸鈰納米盤的制備
[0035](a)準(zhǔn)確的稱取0.065g的CeCl3.5H20加入75ml的去離子水中，常溫?cái)嚢?min后，加入上述I制備的0.103g十釩酸鉀，攪拌混勻，得混合液；
[0036](b)用pH計(jì)測溶液pH，滴加2M的NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液pH為9 ;
[0037](c)將溶液轉(zhuǎn)移到10ml有聚四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜中，置于烘箱，進(jìn)行水熱反應(yīng)，溫度120°C反應(yīng)24h，離心過濾，用水和乙醇洗滌交替洗滌3次，得到的樣品在恒溫干燥箱60°C干燥12h得到釩酸鈰產(chǎn)物。經(jīng)掃描電子顯微鏡(SEM)圖2觀察，證實(shí)所得產(chǎn)品主要為六邊形的f凡酸鐘納米盤，其直徑約為50nm。
[0038]實(shí)施例3
[0039](I)K2 (H2O) 10H2V10028.4H20 (十釩酸鉀)的制備
[0040]按照實(shí)例I中的十釩酸鉀的制備步驟；
[0041](2)六邊形釩酸鈰納米盤的制備
[0042](a)準(zhǔn)確的稱取0.065g的CeCl3.5H20加入75ml的去離子水中，常溫?cái)嚢?min后，加入上述I制備的0.103g十釩酸鉀，攪拌混勻，得混合液；
[0043](b)用pH計(jì)測溶液pH，滴加2M的NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液pH為9 ;
[0044](c)將溶液轉(zhuǎn)移到10ml有聚四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜中，置于烘箱，進(jìn)行水熱反應(yīng)，溫度140°C反應(yīng)24h，離心過濾，用水和乙醇洗滌交替洗滌3次，得到的樣品在恒溫干燥箱60°C干燥12h得到釩酸鈰產(chǎn)物。經(jīng)透射電子顯微鏡(TEM)圖3觀察，證實(shí)所得產(chǎn)品為均一的六邊形的f凡酸鐘納米盤，其直徑約為0.5 μπι。
[0045]實(shí)施例4
[0046](I)K2 (H2O) 10H2V10028.4H20 (十釩酸鉀)的制備
[0047]按照實(shí)例I中的十釩酸鉀的制備步驟；
[0048](2)六邊形釩酸鈰納米盤的制備
[0049](a)準(zhǔn)確的稱取0.065g的CeCl3.5H20加入75ml的去離子水中，常溫?cái)嚢?min后，加入上述I制備的0.103g十釩酸鉀，攪拌混勻，得混合液；
[0050](b)用pH計(jì)測溶液pH，滴加2M的NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液pH為9 ;
[0051](c)將溶液轉(zhuǎn)移到10ml有聚四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜中，置于烘箱，進(jìn)行水熱反應(yīng)，溫度160°C反應(yīng)24h，離心過濾，用水和乙醇洗滌交替洗滌3次，得到的樣品在恒溫干燥箱60°C干燥12h得到釩酸鈰產(chǎn)物。經(jīng)透射電子顯微鏡(TEM)圖4觀察，證實(shí)所得產(chǎn)品由六邊形的釩酸鈰納米盤和一些不規(guī)則形貌的納米粒子組成，其納米盤的直徑約為80nm。
[0052]通過上述實(shí)例可知，在pH為9，反應(yīng)溫度為140°C時(shí)，反應(yīng)24h得到的釩酸鈰納米盤的形貌最好。
[0053](一 ):六邊形釩酸鈰納米盤光催化降解羅丹明B溶液的實(shí)驗(yàn)。
[0054]通過300W的高壓汞燈照射六邊形釩酸鈰納米盤材料以降解水溶液中的羅丹明B。具體過程為:將釩酸鈰材料分散到有機(jī)染料溶液中，在攪拌條件下光照有機(jī)染料溶液，光源波長范圍為200 - 500nm。結(jié)果通過紫外分光光度計(jì)分析，在光照60分鐘后羅丹明B的降解率可以達(dá)到97.29%，且降解率隨著光照時(shí)間的增加線性增加，其線性關(guān)系如圖6所示。
[0055]( 二 ):光催化降解羅丹明B溶液對比的實(shí)驗(yàn)
[0056]按照上述的條件，相同質(zhì)量的釩酸鈰在同濃度同體積的羅丹明B溶液中不光照和同濃度同體積不加釩酸鈰的羅丹明B溶液光照條件下的降解結(jié)果:不光照條件下攪拌Ih后羅丹明B溶液的降解率為1.29%，且降解率隨著攪拌時(shí)間的增加不再增加，在光照Ih后羅丹明B溶液的降解率3.68%，且降解率隨著光照時(shí)間的增加不再增加。
[0057](三):六邊形釩酸鈰納米盤的超疏水性能測試實(shí)驗(yàn)。
[0058]將釩酸鈰材料均勻分散到玻璃表面基質(zhì)上，測得其靜態(tài)接觸角為151.4°。
[0059](四):六邊形釩酸鈰納米盤的超疏水性能測試對比實(shí)驗(yàn)。
[0060]將玻璃基質(zhì)直接測得其靜態(tài)接觸角為63.9°，將玻璃基質(zhì)用2%全氟癸基三乙氧基硅烷的甲醇溶液的修飾后測得其靜態(tài)接觸角為92.9°，將涂有釩酸鈰材料的玻璃基質(zhì)用2%全氟癸基三乙氧基硅烷的甲醇溶液的修飾后測得其靜態(tài)接觸角為169.5°。
[0061]該材料的光催化活性和超疏水性能測試表明:在光照條件下六邊形釩酸鈰材料對于羅丹明B溶液具有較高的降解效率，在Ih左右的時(shí)間內(nèi)幾乎完全降解了羅丹明B溶液。另外通過對其超疏水性能方面的測試，六邊形釩酸鈰納米盤表現(xiàn)出良好的超疏水性能，其靜態(tài)接觸角為151.4°，如圖4所示。本發(fā)明在處理降解羅丹明B和超疏水方面有著重要的應(yīng)用價(jià)值。
【權(quán)利要求】
1.一種六邊形釩酸鈰納米盤的制備方法，其特征在于包括如下步驟:
(1)K2(H2O)10H2V10O28.4H20 的制備 將濃度為0.02?0.03g/mL Na2HPO4的水溶液緩慢滴加到濃度為0.04?0.06g/mL的偏釩酸銨水溶液中，Na2HPO4的水溶液與偏釩酸銨水溶液的體積比為1: 1，調(diào)節(jié)pH為5?6，然后混合溶液在100?110°C下反應(yīng)2?3h ;過濾后，按在混合液中0.lg/L的濃度加入KCl煮沸30?40min，趁熱過濾后揮發(fā)結(jié)晶，即得到桔黃色的K2(H2O)ltlH2VltlO28.4H20 ； (2)六邊形釩酸鈰納米盤的制備 將濃度為0.005?0.01g/mL的氯化鈰水溶液緩慢滴加到濃度為0.005?0.0lg/mL的K2 (H2O) 10H2V10028.4H20的水溶液中，氯化鈰水溶液與K2 (H2O) 10H2V10028.4H20的水溶液的體積比為10:1，常溫?cái)嚢柘抡{(diào)節(jié)pH為5?11，裝入反應(yīng)釜中120?160°C反應(yīng)24?48h，離心過濾，用乙醇洗滌后干燥得到六邊形f凡酸鐘納米盤。
2.權(quán)利要求1所述的六邊形釩酸鈰納米盤在降解羅丹明B中的應(yīng)用。
3.權(quán)利要求1所述的六邊形釩酸鈰納米盤在構(gòu)筑超疏水表面中的應(yīng)用。
【文檔編號】B82Y40/00GK104445399SQ201410712453
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月30日
【發(fā)明者】李濤海, 楊效娟, 左文麗, 李鳳 申請人:湘潭大學(xué)