一种非化学计量比Fe_0.716V_1.284O₄粉体的制备方法

专利名称：一种非化学计量比Fe_0.716V_1.284O₄ 粉体的制备方法
—种非化学计量比Fea716V1 284O4粉体的制备方法
技术领域：
本发明属于功能材料领域，涉及一种微波水热法低温制备非化学计量比钒酸铁脱色剂的方法。背景技术：
随着社会的快速发展和工业的不断进步，日趋严重的水污染问题，已对人类的生存安全构成重大威胁，成为人类健康、经济和社会可持续发展的重大障碍。在水污染问题解决过程中，印染废水作为难降解废水的一类，正受到了越来越多的关注。由于印染废水通常含有大量有色染料，水体中色度较高，光线难以穿透，使得传统的光催化处理污水技术具有一定的应用难度。因此亟需寻求操作性更强的印染废水处理技术。

发明内容本发明的目的在于提供一种无光照条件下具有高脱色性的非化学计量比Fe0.716VL28404粉体的制备方法，其反应时间短，工艺流程简单，粒度分布均匀且成本较低；所制备的Fea716Vu84O4粉体在无光照的条件下具有较高的脱色性。为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案一种非化学计量比Fea716V1J4O4粉体的制备方法，包括以下步骤将铁盐和钒盐按照Fe: V=I: I的摩尔配比分别溶于HNO3溶液和NaOH溶液中；将上述两种溶液混合，以NaOH为矿化剂调节PH值至0. 5^4. 5，形成前驱液；将前驱液在温度为14(T220°C的条件下微波水热反应6(Tl20min，反应完成后冷却至室温，取出反应沉淀物经洗涤，干燥后，再在空气气氛下以3°C /min的速率从室温升至35(T550°C并保温12(T240min，即得到了非化学计量比Fe。. 71(^.28404 粉体。本发明进一步的改进在于溶解铁盐的HNO3溶液的浓度为0. 5^4. 5mol/L,溶解钒盐的NaOH溶液的浓度为I 5mol/L。本发明进一步的改进在于微波水热反应中填充比为40 60%。本发明进一步的改进在于所述铁盐和钒盐分别为九水硝酸铁、偏钒酸铵。本发明进一步的改进在于所述九水硝酸铁和偏钒酸铵的物质的量均为Amol，HNO3溶液和NaOH溶液的体积均为Bml, A B= (0. 0002 0. 0015) :1。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明方法作为一种新型环境友好的快速合成方法，结合了微波独特的加热特性和水热法的优点，工艺简单易控，制备周期短，节省能源，得到的粉体粒度分布均匀，形貌、晶相结构和比表面积可控，对染料污染物的吸附脱色性较好，不需要光源作为反应能源，对于染料污染物的脱色降解处理可操作性强，具有广泛的应用前景；该方法工艺简单，成本低，具有其他一些方法不可比拟的优越性。

图I是本发明非化学计量比Fe0.716VL28404粉体的XRD图(实施例2 pH=l. 5)；
图2是本发明非化学计量比Fea716Vu84O4粉体的FESEM图(实施例2 pH=l. 5)；图3是本发明非化学计量比Fea716V,28404粉体与纯相罗丹明B溶液对比的紫外可见光吸收光谱，其中罗丹明B溶液浓度为10mg/L，Fe0.716VL28404粉体浓度为3. Og/L.(实施例 2 pH=l. 5)。
具体实施方式
本发明以九水硝酸铁[Fe (NO3) 3 9H20]为铁源，偏钒酸铵(NH4VO3)为钒源，将铁盐和钒盐按照Fe: V=I: I的摩尔配比分别溶于HNO3和NaOH溶液中，以NaOH为矿化剂，pH控制在0. 5 4. 5，微波水热反应温度1 4(T220°C，保温时间6(Tl20min，煅烧温度35(T550°C并保温12(T240min，合成了非化学计量比Fea716Vh 284O4粉体。下面结合本发明优选的实施例对本发明做进一步描述，本发明中所用原料均为分析纯。实施例I :步骤I :将 0. 002mol Fe (NO3) 3 9H20 溶解于 20mL 浓度为 4. 5mol/L 的 HNO3 溶液，将0. 002mol NH4VO3溶解于20mL浓度为lmol/L的NaOH溶液中；步骤2 :将两种溶液混合均匀，在磁力搅拌器上搅拌20min，然后用NaOH调节pH为
0.57，制得前驱物溶液；步骤3 :将前驱物溶液加入微波水热反应釜中，填充比为40%，然后将反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定反应温度为140°C，保温时间为60min ；步骤4 :待反应完成后，冷却，取出反应釜中的棕黄色沉淀物，用去离子水洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤，最后在60°C下恒温干燥，得到粉体；步骤5 :将干燥后的粉体再在空气气氛下以3°C /min的速率从室温升至550°C并保温120min,即得到了非化学计量比Fea716Vh 284O4粉体。以浓度为10mg/L的罗丹明B溶液为目标污染物，脱色剂粉体投入浓度为3. Og/L,加水配制成50ml溶液。在黑暗环境下进行吸附脱色反应；脱色剂(本实施例制备的Fea716Vu84O4粉体)投入染料溶液中反应30min后取出适量溶液，经离心分离后取其上清液，用紫外可见分光光度计测定上清液的残余吸光度；该粉体经XRD测试为非化学计量比Fea716V1J4O4粉体。实施例2 步骤I :将 0.005mol Fe (NO3) 3 *9H20溶解于 20mL浓度为 2mol/LHN03溶液，0. 005molNH4VO3溶解于20mL浓度为3mol/L NaOH溶液中；步骤2 :将两种溶液混合均匀，在磁力搅拌器上搅拌lOmin，然后用NaOH调节pH为
1.5，制得前驱物溶液；步骤3 :将前驱物溶液加入微波水热反应釜中，填充比为60%，然后将反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定反应温度为180°C，保温时间为SOmin ；步骤4 :待反应完成后，冷却，取出反应釜中的棕黄色沉淀物，用去离子水洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤，最后在60°C下恒温干燥，得到粉体；步骤5 :将干燥后的粉体再在空气气氛下以3°C /min的速率从室温升至400°C并保温180min,即得到了非化学计量比Fea716Vh 284O4粉体；
以浓度为10mg/L的罗丹明B溶液为目标污染物，脱色剂粉体投入浓度为3. Og/L,加水配制成50ml溶液。在黑暗环境下进行吸附脱色反应；脱色剂投入染料溶液中反应30min后取出适量溶液，经离心分离后取其上清液，用紫外可见分光光度计测定上清液的残余吸光度；从图3可以看出，曲线I为未加脱色剂(Fetl.^5Vu84(VFe2V4O13)的罗丹明B溶液的紫外可见吸收光谱，其最大吸收峰在554nm处，初始吸光强度为2. 5307 ;曲线3可知，在无光照情况下，脱色剂(Fea716Vu84O4)投入染料溶液中反应30min后，溶液的吸光度发生显著变化，在554nm处的最大吸收峰下降为0. 6437。由Fea716Vu84O4的XRD图可知，存在微量的Fe2V4O13相,相同实验的条件下,单独投入Fe2V4O13 —种物质时，由曲线2可知，罗丹明溶液的最大吸收峰强度仅发生微小减弱，为2. 1765。由此可见，在无光照情况下，对于罗丹明B溶液的吸光度显著下降起主导作用的是Fea716V,28404相。根据朗伯-比耳定律，溶液浓度较低 20ppm)时，光的吸收程度和吸光物质的浓度呈线性关系。由降解公式D%= (C0-C) /C0 X 100%(A0-A) /A0 X 100%可知，A0值为罗丹明B溶液的初始吸光强度，A值分别为投入Fea716Vu84O4及单独投入Fe2V4O13时，溶液在554nm处的最大吸收峰值。由计算可知，D (Fe0.716VL 28404) %= (2. 5307-0. 6437) /2. 5307 X 100%=74. 56%D (Fe2V4O13) %= (2. 5307-2. 1765) /2. 5307 X 100%=14. 00%可以看出，在无光照条件下，有Fea716V1J4O4存在时，罗丹明B溶液即可发生降解脱色反应，脱色率可达74. 56%。由于不需要光源作为发生脱色反应的能量来源，因而该降解过程能耗较低；此外，大部分工业染料废水色度较高，光线难以进入，常规紫外/可见光下响应的光催化剂无法接受光子能量，使光催化降解反应效率大大减弱。而本专利所涉及的无光照条件下对罗丹明B染料的脱色降解即很好的解决了光源无法进入的问题，具有较大的实际工业应用价值及可操作性。用XRD测定粉体的物相组成，从粉体的图I (实施例2)中可以看出采用微波水热法按照本发明的工艺可以制备出非化学计量比Fea716Vu84O4粉体。图2是本发明在pH=l. 5下制得的非化学计量比Fea716Vu84O4粉体的FESEM图(实施例2)。从图中可以看出所制的的非化学计量比Fea716V,28404粉体为纳米片层状物质组成的花朵状物质。实施例3 步骤I :将 0. 015mol Fe (NO3) 3 9H20 溶解于 20mL 浓度为 0. 5mol/LHN03 溶液，
0.015mol NH4VO3 溶解于 20mL 浓度为 5mol/L NaOH 溶液中；步骤2 :将两种溶液混合均匀，在磁力搅拌器上搅拌50min，然后用NaOH调节pH为4.0，制得前驱物溶液；步骤3 :将前驱物溶液加入微波水热反应釜中，填充比为55%，然后将反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定反应温度为220°C，保温时间为120min ；步骤4 :待反应完成后，冷却，取出反应釜中的棕黄色沉淀物，用去离子水洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤，最后在60°C下恒温干燥，得到粉体；、
步骤5 :将干燥后的粉体再在空气气氛下以3°C /min的速率从室温升至350°C并保温240min,即得到了非化学计量比Fe0 716V1284O4粉体。以浓度为10mg/L的罗丹明B溶液为目标污染物，脱色剂粉体投入浓度为3. Og/L,加水配制成50ml溶液。在黑暗环境下进行吸附脱色反应；脱色剂投入染料溶液中反应30min后取出适量溶液，经离心分离后取其上清液，用紫外可见分光光度计测定上清液的残余吸光度；该粉体经XRD测试为非化学计量比Fea716Vu84O4粉体。 以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种非化学计量比Fea716V,28404粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 将铁盐和钒盐按照Fe:V=l:l的摩尔配比分别溶于HNO3溶液和NaOH溶液中；将上述两种溶液混合，以NaOH为矿化剂调节pH值至0. 5^4. 5，形成前驱液；将前驱液在温度为14(T220 °C的条件下微波水热反应6(T120min，反应完成后冷却至室温，取出反应沉淀物经洗涤，干燥后，再在空气气氛下以3°C /min的速率从室温升至35(T550°C并保温.12(T240min，即得到了非化学计量比Fea716Vh 284O4粉体。
2.根据权利要求I所述的一种非化学计量比Fea716V,28404粉体的制备方法，其特征在于，溶解铁盐的HNO3溶液的浓度为0. 5 4. 5mol/L，溶解钒盐的NaOH溶液的浓度为I飞mol/L0
3.根据权利要求I所述的一种非化学计量比Fea716V,28404粉体的制备方法，其特征在于，微波水热反应中填充比为40 60%。
4.根据权利要求I所述的一种非化学计量比Fea716V,28404粉体的制备方法，其特征在于，所述铁盐和钒盐分别为九水硝酸铁、偏钒酸铵。
5.根据权利要求4所述的一种非化学计量比Fea716V,28404粉体的制备方法，其特征在于，所述九水硝酸铁和偏钒酸铵的物质的量均为Amol，HNO3溶液和NaOH溶液的体积均为Bml, AB= (0. 0002 0. 0015) :1。
全文摘要
本发明公开了一种非化学计量比Fe0.716V1.284O4粉体的制备方法，包括以下步骤将铁盐和钒盐按照Fe:V=1:1的摩尔配比分别溶于HNO3溶液和NaOH溶液中；以NaOH为矿化剂调节pH值至0.5~4.5，形成前驱液；微波水热反应后冷却至室温，取出反应沉淀物经洗涤，干燥后，再在空气气氛下以3℃/min的速率从室温升至350~550℃并保温120~240min，即得粉体。本方法简单易控，制备周期短，节省能源，得到的目标产物粒子分布均匀，形貌、晶相结构和比表面积可控，对染料污染物的吸附脱色性较好，不需要光源作为反应能源，对于染料污染物的脱色降解处理可操作性强，具有广泛的应用前景。
文档编号C01G49/00GK102718265SQ20121021314
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月26日 优先权日2012年6月26日
发明者林菡, 谈国强 申请人:陕西科技大学