核-壳结构纳米颗粒光催化剂的制备方法_2

文档序号:9207835阅读:来源:国知局
0?300W的超声波清洗机,时间为I?5分钟,无水乙醇与沉淀物的体积比为2:1 ?5:1。
[0013]本发明与现有技术相比,具有如下优点:
1、本发明用PAMAM树形分子为模板和隔离层,在低温水溶液中制得超顺磁性Fe3O4-PAMAM-T1dS -壳结构纳米颗粒光催化剂,树形分子介于Fe 304核和T12壳之间,形成树形分子机械隔离层(见附图1),明显减少了核与壳的直接接触,阻隔了 Fe3+向T12壳的直接渗透途径;树形分子结构中具有大量的叔胺基、酰胺基、酯基或胺基这些具有强大的配位功能的官能团,使得在光催化剂使用过程中由磁核发生光溶解而产生的微量Fe2+和Fe 3+被树形分子捕获,降低了 Fe3+渗透进入T12壳层的数量,降低其对催化活性的影响;最高反应温度不高于180°C,避免了高温焙烧,减缓了磁核的氧化与溶解,并避免了纳米颗粒高温聚集所引起的比表面积下降,保留了颗粒表面的大量活性羟基;PAMAM树形分子具有良好的水溶性,易于吸附在Fe3O4磁核周围,有利于生长完整的T12壳层;采用球形的树形分子对制备的Fe3O4纳米颗粒进行包覆,不会产生桥连作用,避免颗粒聚集,使得Fe 304_ΡΑΜΑΜ以单个颗粒状态分散在水中,从而制得以单个颗粒状态分散的Fe3O4-PAMAM-T1jS _壳结构纳米颗粒。基于以上原理、结构和性能特点,本发明制得的超顺磁性Fe3O4-PAMAM-T1jS _壳结构纳米颗粒光催化剂具有高催化活性和磁回收性能。
[0014]2、本发明制得的超顺磁性Fe3O4-PAMAM-T1dS -壳结构纳米颗粒尺寸在30?110nm左右,以单个颗粒状态分散在水或无水乙醇中,具有超顺磁性,饱和磁化强度高达60?100 emu/g,单次使用回收率达到95%,3次使用回收率达92%。
[0015]3、本发明采用低温液相制备方法,工艺简单易行。制得的超顺磁性Fe3O4-PAMAM-T1dS -壳结构纳米颗粒分散性好,光催化活性高,在紫外光照射下光催化降解罗丹明B、亚甲蓝、甲基橙等偶氮染料的脱色率均可达90%以上,具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0016]图1是本发明制得的超顺磁性Fe3O4-PAMAM-T1dS -壳结构纳米颗粒的高分辨透射电子显微镜(HRTEM)照片。
【具体实施方式】
[0017]实施例1:
步骤(I):超顺磁性Fe3O4-PAMAM纳米颗粒胶体溶液的制备:向浓度为I X 10_5 mol/L的末端基团为羟基的第6代PAMAM树形分子水溶液中通入氮气并机械搅拌60分钟后,加入铁盐混合液,铁盐混合液中三氯化铁浓度为I mol/L,三氯化铁与二氯化铁的浓度比为2,铁盐混合液的加入量以Fe3+与PAMAM树形分子的物质的量比为200:1为标准,室温下通入氮气并搅拌8h,然后将水浴温度调至70°C,搅拌速度升至800转/分以上,滴加浓度为I X 10_3mol/L的氢氧化钠水溶液至pH为12,持续搅拌60 min,即得到超顺磁性Fe3O4-PAMAM纳米颗粒胶体溶液。
[0018]步骤(2):表面充分包覆了 PAMAM树形分子的Fe3O4-PAMAM纳米颗粒胶体溶液的制备:室温下,向步骤(I)制得的超顺磁性Fe3O4-PAMAM纳米颗粒胶体溶液中滴加浓度为I X 10_4 mol/L的末端基团为酯基的第7代PAMAM树形分子水溶液,其加入量为步骤(I)中所加树形分子的物质的量的50倍,同时滴加浓度为I X KT1 mol/L的氢氧化钠水溶液,保持体系的PH为11,然后通入氮气并搅拌2小时以上,得到表面充分包覆了 PAMAM树形分子的Fe3O4-PAMAM纳米颗粒胶体溶液。
[0019]步骤(3):超顺磁性Fe3O4-PAMAM-T1jS _壳结构纳米颗粒制备:将步骤(2)制得的表面充分包覆了 PAMAM树形分子的Fe3O4-PAMAM纳米颗粒胶体溶液升温至60°C,机械搅拌速度调至2000转/分,停止通入氮气,缓慢滴加浓度为I X KT1 mol/L TiCl4无水乙醇溶液,同时滴加浓度为I X ΙΟ—1 mol/L的氢氧化钠水溶液,保持体系的pH为11,TiCl4的加入量以11(:14与Fe 3+的物质的量比为5:1为标准。滴加完毕后,在反应温度下持续搅拌4小时。然后,将反应液移至水热反应釜中,在电阻炉中加热到180°C,保温8h后,取出水热反应釜冷却到室温,即得到超顺磁性Fe3O4-PAMAM-T1jS _壳结构纳米颗粒。
[0020]步骤(4):超顺磁性Fe3O4-PAMAM-T1jS-壳结构纳米颗粒产物后处理:将步骤(3)所得产物进行磁性分离,将所得沉淀物用二次蒸馏水洗涤3次以上,将所得沉淀物分散到5倍体积的无水乙醇中,采用功率为300W的超声波清洗机超声振荡I分钟,同时以2000转/分的转速机械搅拌5分钟,充入高纯氮气30 min后,密封保存,即得到分散良好的超顺磁性Fe3O4-PAMAM-T1dS -壳结构纳米颗粒光催化剂。
[0021]实施例2:
步骤(I):超顺磁性Fe3O4-PAMAM纳米颗粒胶体溶液的制备:向浓度为I X 10_5 mol/L的末端基团为酯基的第6代PAMAM树形分子水溶液中通入氮气并机械搅拌40分钟后,加入铁盐混合液,铁盐混合液中三氯化铁浓度为I mol/L,三氯化铁与二氯化铁的浓度比为2,铁盐混合液的加入量以Fe3+与PAMAM树形分子的物质的量比为120:1为标准,室温下通入氮气并搅拌6h,然后将水浴温度调至80°C,搅拌速度升至800转/分以上,滴加浓度为I X 10_2mol/L的氢氧化钠水溶液至pH为11,持续搅拌50 min,即得到超顺磁性Fe3O4-PAMAM纳米颗粒胶体溶液。
[0022]步骤(2):表面充分包覆了 PAMAM树形分子的Fe3O4-PAMAM纳米颗粒胶体溶液的制备:室温下,向步骤(I)制得的超顺磁性Fe3O4-PAMAM纳米颗粒胶体溶液中滴加浓度为I X 10_4 mol/L的末端基团为胺基的第7代PAMAM树形分子水溶液,其加入量为步骤(I)中所加树形分子的物质的量的50倍,同时滴加浓度为I X 10_2 mol/L的氢氧化钠水溶液,保持体系的PH为11,然后通入氮气并搅拌2小时以上,得到表面充分包覆了 PAMAM树形分子的Fe3O4-PAMAM纳米颗粒胶体溶液。
[0023]步骤(3):超顺磁性Fe3O4-PAMAM-T1jS _壳结构纳米颗粒制备:将步骤(2)制得的表面充分包覆了 PAMAM树形分子的Fe3O4-PAMAM纳米颗粒胶体溶液升温至80°C,机械搅拌速度调至1600转/分,停止通入氮气,缓慢滴加浓度为I X 10_2 mol/L TiCl4无水乙醇溶液,同时滴加浓度为IX 10_2 mol/L的氢氧化钠水溶液,保持体系的pH为11,TiCl4的加入量以11(:14与Fe 3+的物质的量比为3:1为标准。滴加完毕后,在反应温度下持续搅拌5小时。然后,将反应液移至水热反应釜中,在电阻炉中加热到160°C,保温1h后,取出水热反应釜冷却到室温,即得到超顺磁性Fe3O4-PAMAM-T1jS _壳结构纳米颗粒。
[0024]步骤(4):超顺磁性Fe3O4-PAMAM-T1jS _壳结构纳米颗粒产物后处理:将步骤(3)所得产物进行磁性分离,将所得沉淀物用二次蒸馏水洗涤3次以上,将所得沉淀物分散到4倍体积的无水乙醇中,采用功率为300W的超声波清洗机超声振荡I分钟,同时以1200转/分的转速机械搅拌8分钟,充入高纯氮气30 min后,密封保存,即得到分散良好的超顺磁性Fe3O4-PAMAM-T1dS -壳结构纳米颗粒光催化剂。
[0025]实施例3:
步骤(I):超顺磁性Fe3O4-PAMA
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