一种柠檬酸辅助Mn掺杂钼酸钇选择性吸附纳米材料及其制备方法与流程

文档序号：12214699阅读：997来源：国知局

本发明属于选择性吸附纳米材料技术领域,尤其涉及一种柠檬酸辅助Mn掺杂钼酸钇选择性吸附纳米材料及其制备方法。

背景技术：

日益严重的环境污染，已成为人类越来越关注的问题。随着人们对环境保护意识的提高，近几年选择性吸附材料成为材料学及催化科学的研究热点。其中，钼酸盐因具有较高的比表面能、外露表面活性高等特点一直备受关注。钼酸盐是良好的选择性吸附基体，但仍存在选择性功能不强、吸附效率低等缺点，极大的限制了该选择性吸附材料的广泛应用。为了改善选择性吸附材料存在的不利因素，除了考虑开发构型新颖、响应范畴宽、性能稳定、应用领域广的选择性吸附材料外,还可以对选择性吸附材料基体进行掺杂改性，例如金属离子掺杂。金属离子掺杂是指所掺杂的离子掺入基体的晶格里面，改变其能带结构和表面活性，提高基体的选择吸附能力。目前制备选择性吸附材料的方法主要有：固相法、水热法、共沉淀法。

固相法是按照一定比例将需要的的金属碳酸盐或者金属氧化物进行混合，进行高温煅烧。目前固相法的工艺方法已成熟，其优点主要有操作简单、样品性能优良、机械强度高、活性好。但制出的产品性能较差，另外，煅烧过程中温度过高会造成产品的烧结和团聚，降低产品的吸附性；水热法是一种新型的液相合成技术，所用溶剂是水，加入相关实验药品之后，给反应体系加热、加压，创造一个适宜的反应环境，使物质在反应容器（实验常用反应釜）中进行产品的合成。该工艺过程无需烧结，避免了在烧结过程中晶粒的异常长大，并且不用研磨，从而避免了由此带来的杂质的影响。但该方法条件苛刻，所需时间长，操作不安全，并且产量较低，产品强度不高，所以其使用受到一定的限制，不适合工业化生产；共沉淀法是金属离子与沉淀剂生成沉淀，然后将生成的沉淀过滤，在高温条件下煅烧，生成难溶金属盐或者金属水合氧化物的过程。该方法的优点：设备要求低，操作过程简单，且合成产物的粒径较小。但也存在一些问题，如成分偏析会在沉淀过程中出现；抽滤过程中，会洗掉部分沉淀物；所得产物的结晶度不高，在热处理过程中容易出现团聚现象等。因此，采用沉淀法制备得到的选择性吸附材料的吸附活性不高。

综上所述，现有的工艺制备方法存在着一些不足之处，因此研究一种采用新颖、高效的制备方法制备吸附活性较高的选择性吸附材料显得尤为重要。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种柠檬酸辅助锰掺杂钼酸钇选择性吸附纳米材料，该选择性吸附材料颗粒均匀、结构及性能稳定、选择吸附性能好、吸附过程安全、无污染。同时提供一种该选择性吸附纳米材料的制备方法，制备方法简单易操作，制备出的产品性能优良，可以广泛应用于制备选择性吸附纳米材料。

为了实现上述目的，本发明提供一种柠檬酸辅助Mn掺杂钼酸钇选择性吸附纳米材料，其特征在于，所述选择性吸附纳米材料的化学分子式为：Mn_xY_2-xMo₄O₁₅，其中x的取值范围为0.02≤x≤0.2。

所述柠檬酸辅助Mn掺杂钼酸钇选择性吸附纳米材料的制备方法，包括以下步骤。

步骤1、按照所述的选择性吸附纳米材料的化学分子式的化学计量比Mn：Y=x：（2-x）,称取钇的可溶性盐、锰的可溶性盐溶于适量蒸馏水中，得到溶液A。

步骤2、量取一定量的钼酸铵（(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O），溶解于适量溶剂中，得到溶液B。

步骤3、待上述溶液A、B分别搅拌均匀后，将B缓慢倒入A溶液中，搅拌，得到前躯体溶胶C。

步骤4、将前躯体溶胶C放入恒温水浴或油浴中，加热处理成前躯体凝胶。

步骤5、向前驱体凝胶中加入柠檬酸，然后放入烘箱中烘干，得到膨胀后的物质D(柠檬酸和锰掺杂钼酸钇的混合物)。

步骤6、将物质D取出置于刚玉坩埚内，在马弗炉中煅烧，得到选择性吸附纳米材料。

前述柠檬酸辅助Mn掺杂钼酸钇选择性吸附纳米材料的制备方法，具体包括以下步骤。

步骤1、按照所述的选择性吸附纳米材料的化学分子式的化学计量比称取(2-x)mmol钇的可溶性盐、xmmol锰的可溶性盐（0＜x＜2），溶于30-60moL蒸馏水中，得到溶液A。

步骤2、量取0.3-0.8mmol钼酸铵（(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O），溶解于适量溶剂中，得到溶液B。

步骤3、待上述溶液A、B分别搅拌均匀后，将B缓慢倒入A溶液中，搅拌，得到前躯体溶胶C。

步骤4、将前躯体溶胶C放入温度为60-100℃的恒温水浴或油浴中，反应时间为6-12h，处理成前躯体凝胶。

步骤5、向前驱体凝胶中加入1-2g柠檬酸，然后放入烘箱，在150-200℃下，保温3-5h，得到膨胀后的物质D。

步骤6、将物质D取出置于刚玉坩埚内，在马弗炉中煅烧，先在350-450℃下预烧1-2h，再在550-700℃下终烧2-3h，得到选择性吸附纳米材料。

优选地，步骤（1）中所述的钇的可溶性盐为硝酸盐、碳酸盐或醋酸盐中的一种或几种。

优选地，步骤（1）中所述锰的可溶性盐为硝酸盐、碳酸盐或醋酸盐中的一种或几种。

优选地，Y³⁺:Mo⁶⁺的摩尔比为1:2。

优选地，步骤（2）中所述的溶剂包括甲醇、乙醇、丁醇、丙酮或丁酮中的一种或几种混合物。

优选地，步骤（3）中将溶液B缓慢倒入溶液A中，搅拌条件为磁力搅拌或机械搅拌，500-1000r/min，搅拌时间为1-2h。

所述的柠檬酸辅助Mn掺杂钼酸钇选择性吸附纳米材料广泛应用于利用太阳光提供的能源吸附有机污染物，达到降解污染物的目的。

本发明的有益效果。

本发明采用一种新颖高效的制备方法制备吸附活性较高的选择性吸附材料，采用配位烧结法，首先制备配位前驱体，并加入柠檬酸辅助，柠檬酸辅助的作用，使得在烧结过程中，减少团聚现象，最后一步烧结就可以将柠檬酸烧掉使得制备出的粉体纯度高，颗粒小，形貌均匀，性能稳定；其次，本发明采用Mn离子进行掺杂，大大提升了吸附材料的性能。

本发明中，柠檬酸辅助Mn掺杂钼酸钇选择性吸附纳米材料化学分子式为：Mn_xY_2-_xMo₄O₁₅，其中x的取值范围为0.02≤x≤0.2，采用非整数化学比，而现有的吸附材料均为单一整数配比，本发明引入Mn离子，使得晶格结构未发生改变,但是原子所占据的格点发生了变化，使其具有更好的吸附性能，并且可延伸出更多性能，而用现有的方法进行制备，在非化学整数比上很难控制。

本发明在制备钼酸钇基质的基础上，以一定比例的锰离子掺杂钼酸钇制备选择性吸附材料，Y₂Mo₄O₁₅基体本身有一定的选择性吸附能力，Mn²⁺掺杂使基体晶格中引入了缺陷位置或者改变了该样品的表面结构，当Mn²⁺掺杂量为8%时，该吸附材料具有最优的吸附性能。Mn²⁺掺杂使所制备的选择性吸附材料的吸附性能得以改善，极大地提高了钼酸钇基体的选择性吸附能力。

附图说明

图1为实施例1-5中不同Mn²⁺掺杂浓度时钼酸钇粉体的XRD图谱；其中，a-标准pdf卡片#53-0358；b- Mn²+掺杂x=0的钼酸钇粉体；c- Mn²⁺掺杂x=0.04的钼酸钇粉体；d- Mn²⁺掺杂x=0.08的钼酸钇粉体；e- Mn²⁺掺杂x=0.12的钼酸钇粉体；f- Mn²⁺掺杂x=0.16的钼酸钇粉体；g- Mn²⁺掺杂x=0.2的钼酸钇粉体。

图2为实施例1-5中不同Mn²⁺掺杂（x=0.04,0.08,0.12,0.16,0.2）的吸附降解速率图。

图3为实施例6锰掺杂度为2%的钼酸钇粉体的扫描电镜图。

图4为实施例7锰掺杂度为6%的钼酸钇粉体的扫描电镜图。

图5为实施例8锰掺杂度为8%的钼酸钇粉体的扫描电镜图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步的介绍。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1