-c纳米吸附材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于吸附材料的合成技术领域，具体涉及一种三维介孔Fe3O4-C纳米吸附 材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，纳米材料备受人们的关注，因为它具有独特的尺寸大小和丰富多彩的形 貌特征。磁性纳米材料，如Fe 3O4、丫-Fe2O3和FexO,将磁性、纳米特征和表面效应等优点集 结在一起，被广泛应用于磁流体、磁共振反应、原子成像、癌症治疗和药物传输等。而Fe 3O4-C 复合磁性纳米材料由于原料简单易得，也被大量应用于电池、气敏材料等的研宄中。同时， 有关报道称Fe3O 4-C复合材料具有优良的微型结构、大的孔隙率和超细的碳棒模型。
【发明内容】
[0003] 本发明解决的技术问题是提供了一种三维介孔Fe3O4-C纳米吸附材料的制备方 法，该方法利用水热反应法，以葡萄糖为碳源，合成了三维介孔Fe 3O4-C磁性活性炭。
[0004] 本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种三维介孔Fe3O4-C纳米吸附 材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（I) a -FeOOH的制备，称取2. 78g FeSO4 ·7Η20 和2. 72g CH3COONa · 3Η20,室温下溶于IOOmL去离子水中，然后于60°C水浴中搅拌反应 1. 5h，冷却后离心洗涤制得a -FeOOH备用；（2 ) Fe3O4-C活性炭前体的制备，将a -FeOOH 溶解于80mL质量浓度为12mg/mL的葡萄糖溶液中，超声分散至溶液呈悬池液后，转移至 IOOmL的反应釜中，于180°C反应12h，冷却后离心洗绦，在80°C真空干燥箱中干燥24h制 得Fe3O 4-C活性炭前体；（3) Fe3O4-C纳米吸附材料的制备，将Fe3O4-C活性炭前体移入磁舟 中，放入管式炉，在队氛围下以KTC /min的升温速率升温至550°C碳化6h制得三维介孔 Fe3O4-C纳米吸附材料。
[0005] 本发明通过对活性碳磁化改性后，吸附速率明显增大，虽然吸附平衡量有所降低， 但是降低的程度并不大，吸附产物能够通过外加磁场的方法简单、快速且高效率地回收 Fe3O4-C 样品。
【附图说明】
[0006] 图1是本发明实施例1制得的a -FeOOH的SEM图，图2是本发明实施例2制得的 a -FeOOH的SEM图，图3是本发明实施例3制得的a -FeOOH的SEM图，图4是本发明实施 例4制得的a -FeOOH的SEM图，图5是本发明实施例5制得的Fe3O4-C活性炭前体的SEM 图，图6是本发明实施例5制得的Fe3O4-C纳米吸附材料的SEM图，图7是本发明实施例1-4 中不同反应时间制得的a -FeOOH的XRD图谱，图8是本发明实施例5制得的Fe3O4-C活性 炭前体及Fe 3O4-C纳米吸附材料的XRD图谱，图9是吸光度与苯酚浓度的拟合曲线，图10是 本发明实施例5制得的Fe 3O4-C纳米吸附材料对苯酚的吸附动力学曲线，图11是二级吸附 速率的拟合曲线。
【具体实施方式】
[0007] 以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本 发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发 明的范围。
[0008] 实施例1 a -FeOOH的制备 称取2. 78g FeSO4 · 7Η20和2. 72g CH3COONa · 3Η20,室温下溶于IOOmL去离子水中，然 后于60°C水浴中搅拌反应lOmin，冷却后离心洗涤备用。
[0009] 实施例2 a -FeOOH的制备 称取2. 78g FeSO4 · 7Η20和2. 72g CH3COONa · 3Η20,室温下溶于IOOmL去离子水中，然 后于60°C水浴中搅拌反应30min，冷却后离心洗涤备用。
[0010] 实施例3 a -FeOOH的制备 称取2. 78g FeSO4 · 7Η20和2. 72g CH3COONa · 3Η20,室温下溶于IOOmL去离子水中，然 后于60°C水浴中搅拌反应lh，冷却后离心洗涤备用。
[0011] 实施例4 a -FeOOH的制备 称取2. 78g FeSO4 · 7Η20和2. 72g CH3COONa · 3Η20,室温下溶于IOOmL去离子水中，然 后于60°C水浴中搅拌反应I. 5h，冷却后离心洗涤备用。
[0012] 实施例5 Fe3O4-C活性炭前体及Fe3O4-C纳米吸附材料的制备 将实施例4制得的a -FeOOH溶解于80mL质量浓度为12mg/mL的葡萄糖溶液中，超声 分散至溶液呈悬浊液后，转移至IOOmL的反应釜中，于180°C反应12h，冷却后离心洗涤，在 80°C真空干燥箱中干燥24h制得Fe 3O4-C活性炭前体；将Fe3O4-C活性炭前体移入磁舟中，放 入管式炉，在高纯队氛围下以10°C /min的升温速率升温至550°C碳化6h制得Fe 304-C纳 米吸附材料。
[0013] 将不同反应时间制得的a -FeOOH洗涤干燥后，分别做SEM表征，结果如图1-4所 示。从SEM图像可以看出，当反应时间为IOmin时，a-FeOOH样品的SEM图像表现为圆形 或椭圆形的海胆状结构；反应时间延长到30min，样品由原来的海胆形变成了类似圆形的 花朵结构，花形结构的上面出现了纳米棒，但是比较稀疏，花形结构并没有完全形成；继续 延长反应时间至lh，可以看到花形表面的纳米棒变得紧凑了，花形正在不断地密实；当反 应时间延长至I. 5h时，花形的发育已经完成，表面比较均匀地长出了大小一致的纳米棒。
[0014] 图5为Fe3O4-C活性炭前体的SEM图，图6为碳化后制得的Fe 3O4-C纳米吸附材料 的SEM图。从图中可以看出，经过水热反应后，花形保持不变，并且更加密实，经过高温碳化 后，之前的形状仍然保持不变，但是花型的粒径变小了，并且表面的纳米棒稍微有些脱落。
[0015] 图7显示了不同反应时间制得的a -FeOOH的XRD图谱。图谱与JCPDS标准图谱 NO. 26-0792 相似，对应的 a -FeOOH 的晶格常数为：a=4. 937A，b=4. 432A，c=2. 994Α。从图中 可以看出，反应时间为15min时，晶体的衍射峰已经出现了，随着反应时间的延长，衍射峰 的强度逐渐增强，但变化不大，因此确定a -FeOOH的反应时间为I. 5h。
[0016] 图8显示了 Fe3O4-C活性炭前体及Fe3O4-C纳米吸附材料的XRD图谱。由图中可以 看出，a -FeOOH与葡萄糖形成的悬浊液经过水热反应之后，形成的物质XRD图谱与JCPDS标 准图谱NO. 26-0792相似，表明其仍为a -FeOOH。将此前体高温碳化后，XRD图谱表征则为 Fe3O4。通过图8可以得知，水热反应并没有将a-FeOOH转变为Fe3O 4。因此可以推断，Fe3O4 是在高温碳化的过程中形成的，这可能是由于葡萄糖的热分解，在做碳源的同时，也作为还 原剂将一部分的Fe3+转化成了 Fe 2+，最后形成Fe3O4-C复合磁性物质。
[0017] 实施例6 称量0. 0119g苯酚，配置成250mL的溶液，以此溶液为母液，配得不同浓度的苯酚溶液。 溶液配置均匀后，以高纯水做参比，用紫外可见分光光度计测量各个溶液在270nm处的吸 光度，分别测量两次，求平均值，苯酚溶液的浓度及吸光度如表1所示： 表1苯酚溶液的浓度与吸光度
【主权项】
1. 一种三维介孔Fe 304-C纳米吸附材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（I) a -FeOOH 的制备，称取 2. 78g FeSO4 ? 7H20 和 2. 72g CH3COONa ? 3H20,室温下溶于 IOOmL 去离子水中，然后于60°C水浴中搅拌反应I. 5h，冷却后离心洗涤制得a -FeOOH备用；（2) Fe3O4-C活性炭前体的制备，将a -FeOOH溶解于80mL质量浓度为12mg/mL的葡萄糖溶液中， 超声分散至溶液呈悬浊液后，转移至IOOmL的反应釜中，于180°C反应12h，冷却后离心洗 绦，在80°C真空干燥箱中干燥24h制得Fe 3O4-C活性炭前体；（3)Fe304-C纳米吸附材料的制 备，将Fe 3O4-C活性炭前体移入磁舟中，放入管式炉，在队氛围下以10°C /min的升温速率升 温至550 °C碳化6h制得三维介孔Fe3O4-C纳米吸附材料。
【专利摘要】本发明公开了一种三维介孔Fe3O4-C纳米吸附材料的制备方法，属于吸附材料的合成技术领域。本发明的技术方案要点为：一种三维介孔Fe3O4-C纳米吸附材料的制备方法，包括α-FeOOH的制备、Fe3O4-C活性炭前体的制备和Fe3O4-C纳米吸附材料的制备等步骤。本发明通过对活性碳磁化改性后，吸附速率明显增大，虽然吸附平衡量有所降低，但是降低的程度并不大，吸附产物能够通过外加磁场的方法简单、快速且高效率地回收Fe3O4-C样品。
【IPC分类】B01J20-20, B01J20-30, B01J20-28
【公开号】CN104874349
【申请号】CN201510244712
【发明人】宋世理, 赵晓业, 韩亚兵, 王芸菲, 郝文莉
【申请人】河南师范大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月14日