一种海胆状磁性纳米球及其制备与应用_4

文档序号:9917986阅读:来源:国知局
在由40mL乙醇(CH5OH)溶液和0.lmL28%的氨水(NH3.H20)0.2ml氢氧化钠(NaOH)混合形成的A溶液中;按照钛酸四丁酯(TBOT)与有机溶剂的体积比为0.5:1的量将钛酸四丁酯(TBOT)滴加到20mL的乙醇溶液中混合均匀,形成B溶液;将B溶液缓慢滴加到A溶液中;65 °C反应6h;反应完成后,将产物磁性分离,清洗,干燥,制得核壳结构的Fe3O4OT1^性纳米球;
[0126](2)将步骤(I)中制得的Fe3O4OT12磁性纳米球浸泡于40mL浓度为IM的氢氧化钠水溶液(NaOH,C溶液)中,分散均匀后,放入10mL聚四氟乙烯反应釜中于100°C反应6h;反应完成后,产物磁性分离,洗涤,干燥,制得Ti02壳层内、外表面分别分布着尖部朝内和朝外的针状T12纳米纤维的海胆状Fe3O4OT12磁性纳米球;
[0127](3)取10mg制备好的海胆状Fe3O4OT12磁性纳米球放入20mL浓度为0.1M的盐酸(酸溶液)中,浸泡时间为20min,用去离子水和无水乙醇洗涤至中性,真空干燥后,于300 V下进行高温锻烧4h制得锐钛矿相海胆状Fe3O4OT12磁性纳米球;
[0128](4)将制备好的锐钛矿相海胆状Fe3O4OT12磁性纳米球放入反应器中,加入由40mL浓度为1ppm的Ni(NO3)2溶液、H2O2溶液(市售)和0.1M的Na2O2溶液按照与H2O2溶液与Na2O2溶液以及Ni (NO3)2溶液的体积比为0.01:0.01:1的比例混合配制成的D溶液,调节D溶液的pH值为9,在紫外光照射下水平震荡反应360min。反应完成后,产物磁性分离,洗涤干燥,制得表面修饰型海胆状Fe3O4OT12-Ni磁性纳米球。
[0129]将所制备的海胆状磁性纳米球干燥后分别采用透射电镜和扫描电镜检测,透射电镜照片如图2所示,扫描电镜照片如图3所示。
[0130]以氨苄青霉素作为底物进行光催化降解试验:(i)配制浓度为20ppm的氨苄青霉素(AMP)的水溶液,并加入反应器;(? )按lmg/L的量向含有氨苄青霉素的水溶液的反应器中加入本发明的表面修饰型海胆状磁性纳米球;(iii )在25°C条件下,在可见光下振荡,进行光催化反应;使用美国的D1NEX ULtiMate3000高效液相色谱仪在220nm波段测定不同时间段氨苄青霉素的浓度变化,并以此确定氨苄青霉素的降解时间;由此测得氨苄青霉素完全降解的时间为5h。
[0131 ]利用透射电镜和扫描电镜观察形成纳米球的形貌可知,在步骤(I)中,Fe3O4磁性纳米粒子的直径约为350nm,在该Fe3(k磁性纳米粒子表面包覆了一层平均厚度约为30nm的T12壳层,形成核壳结构的Fe3O4OT12磁性纳米球,壳层厚度均一;在步骤(2)中,通过热碱等一系列处理,T12外壳层变为放射状纳米纤维壳层,制得T12壳层内、外表面分别分布着尖部朝内和朝外的针状T12纳米纤维的海胆状Fe3O4OT12磁性纳米球,此时Fe3O4磁性纳米粒子核与T12壳层形成空腔核壳结构,由T12壳层所形成的纳米球体的平均直径约为650nm;Ti02壳层内、外表面所分布的尖部朝内和朝外的针状T12纳米纤维的平均直径为20nm,平均长度为150nm。接枝Ni后,形成表面修饰型海胆状Fe3O4OT12-Ni磁性纳米球。纳米球的表面所形成的球状纳米Ni的粒径约为20nm,均匀的分布在所述海胆状磁性纳米球的T12壳层的内表面、外表面以及T12针状纤维表面上,修饰后的纳米球海胆状的纳米纤维形貌没有明显变化。
[0132]同时,根据脱附等温线由BJH法计算获得的海胆状Fe3O4OT12磁性纳米球的平均孔径为4.459nm,而根据吸附等温线由BET法计算获得的海胆状Fe3O4OT12磁性纳米球的比表面积为 109.5m2/g。
[0133]实施例2:
[0134](I )A溶液由40mL的乙腈(C2H3N)和0.02mL、IM的氢氧化钠(NaOH)配制而成;B溶液由钛酸四丁酯与乙腈按照钛酸四丁酯与乙腈的体积比为0.1:1配制而成;60°C反应12h;其余操作与实施例1的步骤(I)相同。
[0135](2)C溶液为30mL浓度为1.5M的氢氧化钠(NaOH)水溶液;反应温度为120°C,反应时间为5h;其余操作与实施例1的步骤(2)相同。
[0136](3)酸溶液为20mL浓度为0.05M的盐酸(HCl)溶液,浸泡时间为30min,煅烧温度为350 °C,锻烧时间为2h;其余操作与实施例1的步骤(3)相同。
[0137](4 )D溶液由20mL浓度为20ppm的AgNO3溶液与H2O2溶液(市售)按照H2O2溶液与AgNO3溶液的体积比为0.01:1配制而成,D溶液的pH值为9,溶液的pH值为8,紫外光照下反应时间为30min。其余操作与实施例1的步骤(4)相同。
[0138]其光催化性能检测方式与实施例1相同,测得氨苄青霉素完全降解的时间为3h。
[0139]利用透射电镜和扫描电镜观察形成纳米球的形貌可知,在步骤(I)中,Fe3O4磁性纳米粒子的直径约为350nm,在该Fe3(k磁性纳米粒子表面包覆了一层平均厚度约为60nm的T12壳层,形成核壳结构的Fe3O4OT12磁性纳米球,壳层厚度均一;在步骤(2)中,通过热碱等一系列处理,T12外壳层变为放射状纳米纤维壳层,制得T12壳层内、外表面分别分布着尖部朝内和朝外的针状T12纳米纤维的海胆状Fe3O4OT12磁性纳米球,此时Fe3O4磁性纳米粒子核与T12壳层形成空腔核壳结构,由T12壳层所形成的纳米球体的平均直径约为750nm;Ti02壳层内、外表面所分布的尖部朝内和朝外的针状T12纳米纤维的平均直径为30nm,平均长度为200nm。接枝Ag后,形成表面修饰型海胆状Fe304@Ti02_Ag磁性纳米球。纳米球的表面所形成的球状纳米Ag的粒径约为5nm,均匀的分布在所述海胆状磁性纳米球的T12壳层的内表面、外表面以及T12针状纤维表面上,修饰后的纳米球仍保持海胆状的形貌。
[0140]同时,根据脱附等温线由BJH法计算获得的海胆状Fe3O4OT12磁性纳米球的平均孔径为3.564nm,而根据吸附等温线由BET法计算获得的海胆状Fe3O4OT12磁性纳米球的比表面积为 125.7m2/g。
[0141]实施例3:
[0142](I)A溶液由20mL的乙醇(C2H5OH),20mL的乙腈(C2H3N)和0.02mL、IM的氢氧化钠(NaOH)配制而成;B溶液由钛酸四丁酯与乙腈按照钛酸四丁酯与乙腈的体积比为0.05:1配制而成;55 °C反应24h;其余操作与实施例1的步骤(I)相同。
[0143](2)C溶液为80mL浓度为0.1M的氢氧化钾(KOH)水溶液;反应温度为120°C,反应时间为4h;其余操作与实施例1的步骤(2)相同。
[0144](3)酸溶液为20mL浓度为0.0IM的硫酸(H2SO4)溶液,浸泡时间为60min,煅烧温度为450 0C,锻烧时间为3h;其余操作与实施例1的步骤(3)相同。
[0145](4) D溶液为20mL浓度为I OOppm的Cu (NO3 )2溶液,D溶液的pH值为7,可见光照下反应时间为180min。其余操作与实施例1的步骤(4)相同。
[0146]其光催化性能检测方式与实施例1相同,测得氨苄青霉素完全降解的时间为lh。
[0147]利用透射电镜和扫描电镜观察形成纳米球的形貌可知,在步骤(I)中,Fe3O4磁性纳米粒子的直径约为350nm,在该Fe3(k磁性纳米粒子表面包覆了一层平均厚度约为95nm的T12壳层,形成核壳结构的Fe3O4OT12磁性纳米球,壳层厚度均一;在步骤(2)中,通过热碱等一系列处理,T12外壳层变为放射状纳米纤维壳层,制得T12壳层内、外表面分别分布着尖部朝内和朝外的针状T12纳米纤维的海胆状Fe3O4OT12磁性纳米球,此时Fe3O4磁性纳米粒子核与T12壳层形成空腔核壳结构,由T12壳层所形成的纳米球体的平均直径约为100nm5T12壳层内、外表面所分布的尖部朝内和朝外的针状T12纳米纤维的平均直径为50nm,平均长度为180nm。接枝Cu后,形成表面修饰型海胆状Fe304@Ti02_Cu磁性纳米球。纳米球的表面所形成的球状纳米Cu的粒径约为10nm,均匀的分布在所述海胆状磁性纳米球的T12壳层的内表面、外表面以及T12针状纤维表面上,修饰后的纳米球仍保持海胆状的形貌。
[0148]同时,根据脱附等温线由BJH法计算获得的修饰型海胆状Fe3O4OT12磁性纳米球的平均孔径为4.126nm,而根据吸附等温线由BET法计算获得的海胆状Fe3O4OT12磁性纳米球的比表面积为109.5m2/g。
[0149]实施例4:
[0150](I) A溶液由乙醚(C4H10)和0.0 ImL、IM的氢氧化钙(Ca (OH) 2)配制而成;B溶液由钛酸四丁酯与乙醚(C4H10)按钛酸四丁酯与乙醚(C4H10)的体积比为0.02:1配制而成;45°C反应36h;其余操作与实施例1的步骤(I)相同。
[0151](2)C溶液为20mL浓度为2M的氢氧化钙(Ca(OH)2)和40mLlM的氢氧化钠(NaOH)水溶液,反应温度为160 0C,反应时间为2h;其余操作与实施例1的步骤(2)相同。
[0152](3)酸溶液为20mL浓度为IM的硝酸溶液(HNO3),浸泡时间为5min,煅烧温度为7500C,锻烧时间为Ih;其余操作与实施例1的步骤(3)相同。
[0153](4)D 溶液由 1mL 浓度为 800ppm 的 Pb(NO3)2 溶液与 ΚΜηθ4 按照 ΚΜηθ4 与 Pb(NO3)2 的体积比为0.05:1配制而成,D溶液的pH值为11,紫外光照下反应6min。其余操作与实施例1的步骤(4)相同。
[0154]其光催化性能检测方式与实施例1相同,测得氨苄青霉素完全降解的时间为4h。
[0155]利用透射电镜和扫描电镜观察形成纳米球的形貌可知,在步骤(I)中,Fe3O4磁性纳米粒子的直径约为350nm,在该Fe3(k磁性纳米粒子表面包覆了一层平均厚度
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