一种羟基氧化铁纳米片的制备方法及其产物的制作方法

文档序号:10711841
一种羟基氧化铁纳米片的制备方法及其产物的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种羟基氧化铁纳米片的制备方法,包括如下步骤:1)将九水合硝酸铁、四甲基氢氧化铵与去离子水混合得到前驱体溶液;所述的前驱体溶液中九水合硝酸铁的浓度为0.25~0.3mol/L,四甲基氢氧化铵的浓度为0.25~1mol/L;2)将步骤1)得到的前驱体溶液在100~120℃下水热反应6~8h,过滤,清洗,烘干,得到羟基氧化铁纳米片。该制备方法能够获得较小尺寸的羟基氧化铁纳米片,同时避免产物中存在其他金属杂质。
【专利说明】
一种羟基氧化铁纳米片的制备方法及其产物
技术领域
[0001]本发明涉及羟基氧化铁的制备方法,具体涉及一种羟基氧化铁纳米片的制备方法及其产物。
【背景技术】
[0002]目前我们面临的水污染的问题日益严重,其中很大一部分污染源是造纸,染色工业所排放的工业废水,这些工业废水中含有大量致癌的有机物,会污染河流、土壤,最终危及人体健康。目前我们对这些污水的处理方法主要是通过催化光降解,使其中的有毒有机物分解,这个光降解过程中的催化剂起到重要作用,性能优异的催化剂能更快,更彻底的分解工业废水中的有机物。目前T i O 2是最广泛使用的催化剂,但是由于其能带较宽(3.0 -3.3^),所以它只能在紫外光下发挥催化作用,而€(-?600!1因为它的窄能带特性(2.0-
2.1eV),所以它可以在可见光范围内发挥较好的催化作用。
[0003]目前报道的制备α-FeOOH的方法主要有酸法空气氧化法、碱法空气氧化法、氯酸钠氧化法、胶体化学法、羰基铁氧化法。中国发明专利(公开号CN103172123 A)公开一种纳米羟基氧化铁及其制备方法,具体先将乙二醇和去离子水混合后超声得到乙二醇水溶液,再分别将硫酸亚铁加入乙二醇水溶液中超声得到硫酸亚铁混合液,将尿素加入乙二醇水溶液中超声得到尿素混合液,随后,先按照体积比为0.8?1.2: 3的比例将尿素混合液以0.8?
1.2ml/min的速率注入搅拌下的硫酸亚铁混合液中,得到反应液,再向反应液中以2.5?
3.5ml/min的速率注入空气,制得目标产物,所得的纳米羟基氧化铁的形貌为纳米片簇。然而这些方法中都存在一些问题,如:合成涉及使用模版剂、表面活性剂、有毒的有机溶剂、繁琐的制备步骤、能耗尚和耗时长等。
[0004]相比上述方法,水热法制备α-FeOOH具有成本低,操作简单,反应时间短的优点。中国发明专利(公开号CN 104445427 A)公开一种α-FeOOH纳米片长度为300?500nm,宽度为40?lOOnm,厚度为8?12nm。以九水合硝酸铁为铁源,氢氧化钾调节PH,采用水热法合成,但是氢氧化钾不能抑制FeOOH晶体的生长,最终得到的纳米片尺寸较大;其次,引入钾离子,杂质离子难以去除,对FeOOH的应用带来很大的影响。

【发明内容】

[0005]本发明的目的在于针对现有技术的不足,提供一种羟基氧化铁纳米片的制备方法及其产物,能够获得较小尺寸的羟基氧化铁纳米片,同时避免产物中存在其他金属杂质。
[0006]本发明所提供的技术方案为:一种羟基氧化铁纳米片的制备方法,包括如下步骤:
[0007]I)将九水合硝酸铁、四甲基氢氧化铵与去离子水混合得到前驱体溶液;所述的前驱体溶液中九水合硝酸铁的浓度为0.25?0.3mol/L,四甲基氢氧化钱的浓度为0.25?lmol/L;
[0008]2)将步骤I)得到的前驱体溶液在100?120 °C下水热反应6?8h,过滤,清洗,烘干,
得到羟基氧化铁纳米片。
[0009]上述技术方案中,四甲基氢氧化铵不仅仅在反应中提供氢氧根离子,四甲基氢氧化铵中的季铵阳离子会和FeOOH晶核中的O离子结合然后对FeOOH晶体的长大形成抑制作用,最终形成的纳米片的尺寸会比较小。
[0010]此外,四甲基氢氧化铵与KOH相比是不会在反应体系中引入金属离子,因为反应体系中的金属离子会不可避免的残留一部分在产物中,即使经过多次清洗。四甲基氢氧化铵能创造出一个无杂质金属离子的反应环境,而季铵阳离子可以通过简单的热处理去除,不会在产物中留下杂质阳离子。因此,选择四甲基氢氧化铵可以制备出完全不含杂质金属阳离子的产物,这是选择KOH,NaOH等做不到的。
[0011]所述的水热反应以聚四氟乙烯内胆,不锈钢套件密闭的反应釜中进行。作为优选,所述的水热反应在反应釜中进行,反应釜的填充度为70?80%。为保证反应釜的填充度为70?80%,可向步骤I)的前驱体溶液中加入去离子水,调节至所需体积。
[0012]所述的步骤2)中,将反应釜置于空气中自然冷却到室温,取出产物,过滤,依次用去离子水和乙醇清洗,60 °C烘干。
[0013]所述的步骤I)中采用的九水合硝酸铁和四甲基氢氧化铵的纯度均不低于分析纯。
[0014]作为优选,所述的步骤2)中水热反应时间在6?7h,水热温度在100?110°C。
[0015]作为优选,所述的步骤I)中九水合硝酸铁的浓度为0.25?0.26mol/L,四甲基氢氧化铵的浓度为0.5?0.6mol/L;所述的步骤2)中水热反应时间在6?6.5h,水热温度在100?105。。。
[0016]本发明还提供一种如上述制备方法制得的羟基氧化铁纳米片。
[0017]所述的羟基氧化铁纳米片长度为150?200nm,宽为15?25nm。
[0018]同现有技术相比,本发明的有益效果体现在:
[0019](I)本发明通过对原料的用量及水热反应条件的精确调控,制备工艺过程简单,易于控制,制备得到长度为150?200nm,宽为15?25nm的羟基氧化铁纳米片,结晶度高、结构稳定且比表面积较大,对有毒有机污染物的降解效果明显,在环境治理方面有着广阔的应用前景。
[0020](2)本发明原料中使用四甲基氢氧化铵,不仅能够抑制FeOOH晶体的生长、调控FeOOH晶体的尺寸和形貌,而且制备过程中不会引入杂质金属离子。
【附图说明】
[0021 ]图1为实施例1制备的羟基氧化铁纳米片的X射线衍射(XRD)图谱;
[0022]图2为实施例1制备的羟基氧化铁纳米片在20K倍数下的扫描电子显微镜(SEM)照片;
[0023]图3为实施例1制备的羟基氧化铁纳米片在40K倍数下的扫描电子显微镜(SEM)照片;
[0024]图4为对比例I制备的产物的X射线衍射(XRD)图谱;
[0025]图5为对比例I制备的产物的扫描电子显微镜(SEM)照片。
【具体实施方式】
[0026]以下结合实施例进一步说明本发明。
[0027]实施例1
[0028]I)称取1mmol的九水合硝酸铁,将其溶解于35ml的去离子水中,搅拌至橙色澄清溶液;
[0029]2)称取20mmol四甲基氢氧化铵,将其加入步骤I)制得的溶液中,充分搅拌得到红褐色悬浊液。
[0030]3)将步骤2)所制备的悬浊液加入到反应釜内胆中。用去离子水调节其体积占反应釜内胆容积的4/5,得到反应前驱体悬浮液。此时,Fe/TMAH摩尔比为l:2,Fe3+的摩尔浓度为0.25mol/L。
[0031]4)将装有反应物料体的反应釜内胆密闭于反应釜中,在100°C下保温6小时进行水热处理。然后将反应釜置于空气中自然冷却到室温,取出反应物,过滤,依次用去离子水和乙醇清洗,60 V烘干,得到羟基氧化铁纳米片。
[0032]将得到羟基氧化铁纳米片进行XRD表征,如图1所示,可知产物为纯的羟基氧化铁纳米片,未出现杂质。
[0033]将得到羟基氧化铁纳米片进行SEM分析,结果如图2和图3,可知羟基氧化铁纳米片长度为150?200nm,宽为15?25nm,形貌与尺寸均一。
[0034]实施例2
[0035]I)称取1mmol的九水硝酸铁,将其溶解于35ml的去离子水中,搅拌至橙色澄清溶液;
[0036]2)称取40mmol四甲基氢氧化铵,将其加入步骤I)制得的溶液中,充分搅拌得到红褐色悬浊液;
[0037]3)将步骤2)所制备的悬浊液加入到反应釜内胆中。用去离子水调节其体积占反应釜内胆容积的4/5,得到反应前驱体悬浮液。此时,Fe/TMAH摩尔比为1:4,Fe3+的摩尔浓度为0.25mol/L;
[0038]4)将装有反应物料体的反应釜内胆密闭于反应釜中,在110°C下保温6小时进行水热处理。然后将反应釜置于空气中自然冷却到室温,取出反应物,过滤,依次用去离子水和乙醇清洗,60 V烘干,得到羟基氧化铁纳米片。
[0039]实施例3
[0040]I)称取1mmol的九水硝酸铁,将其溶解于35ml的去离子水中,搅拌至橙色澄清溶液;
[0041]2)称取eOmmol四甲基氢氧化铵,将其加入步骤I)制得的溶液中,充分搅拌得到红褐色悬浊液;
[0042]3)将步骤2)所制备的悬浊液加入到反应釜内胆中。用去离子水调节其体积占反应釜内胆容积的4/5,得到反应前驱体悬浮液。此时,Fe/TMAH摩尔比为1:6,Fe3+的摩尔浓度为0.25mol/L。
[0043]4)将装有反应物料体的反应釜内胆密闭于反应釜中,在120°C下保温6小时进行水热处理。然后将反应釜置于空气中自然冷却到室温,取出反应物,过滤,依次用去离子水和乙醇清洗,60 V烘干,得到羟基氧化铁纳米片。
[0044]对比例I
[0045]I)称取1mmol的九水硝酸铁,将其溶解于35ml的去离子水中,搅拌至橙色澄清溶液;
[0046]2)称取1mmol四甲基氢氧化铵,将其加入步骤I)制得的溶液中,充分搅拌得到红褐色悬浊液;
[0047]3)将步骤2)所制备的悬浊液加入到50ml离心管中。用去离子水调节其体积占离心管容积的4/5,得到反应前驱体悬浮液。此时,Fe/TMAH摩尔比为1:1,Fe3+的摩尔浓度为
0.25mol/L。
[0048]4)将装有反应物料体的反应釜内胆密闭于反应釜中,在100°C下保温6小时进行水热处理。然后将反应釜置于空气中自然冷却到室温,取出反应物,过滤,依次用去离子水和乙醇清洗,60 0C烘干得到产物
[0049]产物的XRD和SEM照片分别为图4和图5,由于反应体系中碱含量不足,产物为FeOOH和Fe2O3的混合物。
【主权项】
1.一种羟基氧化铁纳米片的制备方法,其特征在于,包括如下步骤: 1)将九水合硝酸铁、四甲基氢氧化铵与去离子水混合得到前驱体溶液;所述的前驱体溶液中九水合硝酸铁的浓度为0.25?0.311101/1,四甲基氢氧化钱的浓度为0.25?11]101/1; 2)将步骤I)得到的前驱体溶液在100?120°C下水热反应6?8h,过滤,清洗,烘干,得到羟基氧化铁纳米片。2.根据权利要求1所述的羟基氧化铁纳米片的制备方法,其特征在于,所述的水热反应在反应釜中进行,反应釜的填充度为70?80%。3.根据权利要求1所述的羟基氧化铁纳米片的制备方法,其特征在于,所述的步骤2)中水热反应时间在6?7h,水热温度在100?110 °C。4.根据权利要求1所述的羟基氧化铁纳米片的制备方法,其特征在于,所述的步骤I)中九水合硝酸铁的浓度为0.25?0.26mol/L,四甲基氢氧化钱的浓度为0.5?0.6mol/L;所述的步骤2)中水热反应时间在6?6.5h,水热温度在100?105 °C。5.—种如权利要求1?4任一所述的制备方法制得的羟基氧化铁纳米片。6.根据权利要求5所述的羟基氧化铁纳米片,其特征在于,所述的羟基氧化铁纳米片长度为150?200nm,宽为15?25nm。
【文档编号】C01G49/02GK106082351SQ201610383389
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月1日 公开号201610383389.1, CN 106082351 A, CN 106082351A, CN 201610383389, CN-A-106082351, CN106082351 A, CN106082351A, CN201610383389, CN201610383389.1
【发明人】徐刚, 孙小磊, 杨永荣, 沈鸽, 韩高荣
【申请人】浙江大学
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