專利名稱：一種納米結(jié)構(gòu)氧化鈰及其應用的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種納米結(jié)構(gòu)氧化鈰及其應用，屬于無機納米材料與應用技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
稀土元素獨特的4f電子構(gòu)型使其具有特殊的光、聲、電、磁學性質(zhì)，被譽為新材料 的寶庫。CeO2是一種重要的廉價而用途廣泛的稀土氧化物，二氧化鈰納米化后，在原有的基 礎上表現(xiàn)出更多的性質(zhì)，如小尺寸效應、高比表面效應、量子效應、極強的光、電、磁性質(zhì)、超 導性、及高化學活性，使其在光學材料、發(fā)光材料、磁性材料、電池材料、電化學及催化劑的 高科技領域有著重要的應用。氧化鈰(CeO2)是一種重要的稀土氧化物，其納米化后在聲、 光、磁、熱、催化及化學活性等方面具有異常優(yōu)良的物理化學性能，并被廣泛應用于汽車尾 氣凈化催化材料、光催化劑、防腐涂層、氣體傳感器、燃料電池、離子薄膜、及拋光材料方面。 近年來，納米結(jié)構(gòu)的氧化鈰在印染廢水治理方面嶄露頭角。然而，目前制備CeO2納米顆粒 的比較常用的方法(主要有沉淀法、微乳液法、熱分解法、燃燒合成法、sol-gel法、電化學 法、水熱法等)還存在顆粒團聚嚴重、粒徑分布不均勻、單分散性差、性能不穩(wěn)定等問題，從 而嚴重影響CeO2材料的性能和應用。同時，有些制備方法還需要專用設備，有些原料成本 高，工藝復雜，有些污染嚴重不宜推廣。因此，找到一種反應條件簡單，反應過程易于控制， 反應均勻、廉價的且易合成CeO2納米結(jié)構(gòu)的方法，對于有效利用CeO2處理染料廢水具有重 要的科學意義和應用價值。染料廢水COD濃度高，色度大且含有有毒有害物質(zhì)。剛果紅作為染料中的一種，在 生產(chǎn)和使用過程中流失率高，廢水有明顯的色度，易進入水體，如不經(jīng)過處理直接排放，對 環(huán)境的危害作用很大。傳統(tǒng)的處理方法得到的效果很不理想，因此研究其有效的處理方法 具有重要的現(xiàn)實意義。目前，處理印染廢水的方法主要有兩大類物理化學方法和生物方 法。但是這些處理方法存在工藝復雜、降解條件要求苛刻、處理效果不明顯、成本較高、存在 二次污染等問題，很難實現(xiàn)工業(yè)化。探索一種簡單易行，操作簡單的染料催化劑得到越來越 多的重視。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種納米結(jié)構(gòu)氧化鈰及其應用，解決降解剛果紅染料廢水的催化 劑工藝復雜、降解條件要求苛刻、處理效果不明顯、成本較高、存在二次污染等問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是首先采用化學共沉淀法在室溫下制備得到納米結(jié)構(gòu)氧化鈰， 然后將納米結(jié)構(gòu)氧化鈰投入剛果紅印染廢水中，降解剛果紅印染廢水。本發(fā)明的具體步驟如下①配制表面活性劑澄清溶液取一定量的十六烷基三甲基溴化銨，即分析純 CTAB,使其完全溶解于40ml去離子水中得到透明澄清溶液CTAB溶液；CTAB溶液濃度為 0.1-0. 6mol/L ；
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②配制鈰鹽溶液取一定量的分析純CeCl3或Ce (NO3)3置于IOOml燒杯中，往其中 加入50ml去離子水300轉(zhuǎn)/分鐘磁力攪拌，直至完全溶解呈透明澄清溶液，氯化物溶液的 濃度為0. lmol/L ；③向鈰鹽溶液中滴加CTAB溶液40ml并300轉(zhuǎn)/分鐘磁力攪拌30分鐘后得到均 勻透明的CTAB和鈰鹽混合溶液；然后300轉(zhuǎn)/分鐘磁力攪拌，并將配置好的25wt%的氨水 溶液緩慢滴加到CTAB和鈰鹽的混合溶液中；將燒杯封好，繼續(xù)在300轉(zhuǎn)/分鐘磁力攪拌2 小時后室溫陳化30min-10天；④陳化結(jié)束后對沉淀進行過濾、用蒸餾水離心洗滌5次去除CTAB，再在室溫下經(jīng) 干燥后得到形貌為顆粒、棒、顆粒與棒混合的納米結(jié)構(gòu)氧化鈰。將上述步驟得到的納米結(jié)構(gòu)氧化鈰，作為降解偶氮染料剛果紅廢水的應用。本發(fā)明中所用的水為去離子水或是蒸餾水，優(yōu)選去離子水。本發(fā)明的優(yōu)點在于1、制備條件簡單，反應過程易于控制，設備要求低，反應均勻，無需煅燒，產(chǎn)品廉價 且純度高。2、降解在常溫常壓下進行，操作工藝簡單，降解速度快，條件容易控制，節(jié)能廉價。


圖1為實例1中降解剛果紅溶液前后氧化鈰納米顆粒的X射線粉末衍射圖。圖2為實例1中降解剛果紅溶液前氧化鈰納米顆粒的高分辨透射電子顯微鏡圖。圖3為實例1中氧化鈰納米顆粒對剛果紅染料溶液降解前后的紫外吸收圖。圖4為實例2中降解剛果紅溶液前后氧化鈰納米棒的X射線粉末衍射圖。圖5為實例2中降解剛果紅溶液前氧化鈰納米棒的掃描電子顯微鏡圖。圖6為實例2中氧化鈰納米棒對剛果紅染料溶液降解前后的紫外吸收圖。圖7為實例3中降解剛果紅溶液前后氧化鈰納米棒+顆粒的X射線粉末衍射圖。圖8為實例3中降解剛果紅溶液前氧化鈰納米棒+顆粒的透射電子顯微鏡圖。圖9為實例3中氧化鈰納米棒+顆粒對剛果紅染料溶液降解前后的紫外吸收圖。
具體實施例方式以下為采用發(fā)明內(nèi)容所述制備步驟得到的氧化鈰納米顆粒、納米棒、納米顆粒與 納米棒混合物及其降解偶氮染料剛果紅廢水的實例，以進一步理解本發(fā)明。實施例1 配制0. lmol/L的CeCl3 · 6H20溶液和0. lmol/L的CTAB溶液各40ml，混合攪拌半 小時后，加入36ml NH3 · H2O,攪拌2小時，將得到的混合物靜置陳化20分鐘。倒掉上層清 液，將得到的沉淀用蒸餾水洗滌，離心分離，于室溫下干燥；研磨，得到氧化鈰納米顆粒。配制80mg/L的剛果紅溶液，取50ml放入反應器皿中，加入制備好的氧化鈰納米顆 粒，在自然光下攪拌，并在不同時間段下取出4ml溶液，經(jīng)離心分離得到降解后的溶液。對所得的氧化鈰納米顆粒粉體、降解后所得的固體顆粒進行X-射線衍射分析，如 圖ι所示。氧化鈰納米顆粒的衍射峰均為CeO2的特征衍射峰，能夠確認得到的產(chǎn)物是二氧 化鈰且無雜質(zhì)。對比降解后氧化鈰納米顆粒和剛果紅的XRD圖譜，降解后氧化鈰納米顆粒中沒有剛果紅的特征峰，說明溶于水的偶氮染料已被降解。產(chǎn)物的TEM照片如圖2所示，從圖中看出，本方法制備的CeO2為分散性好、形貌規(guī) 則的納米CeO2顆粒，粒徑為5-10納米。對降解前和不同降解時間后的剛果紅染料溶液進 行紫外吸收測試，結(jié)果如圖3所示，從圖看出，降解后的剛果紅溶液在343nm和496nm處的 吸收峰強度隨著降解時間的增加明顯的減弱，在240分鐘以后吸收峰強度幾乎為零，說明 溶于水的染料被已降解。實施例2 配制0. lmol/L的CeCl3 · 6H20溶液和0. 3mol/L的CTAB溶液各40ml，混合攪拌半 小時后，加入36mlNH3 · H2O,攪拌24小時，將得到的混合物靜置陳化10天。倒掉上層清液， 將得到的沉淀用蒸餾水洗滌，離心分離，于室溫下干燥；研磨，得到氧化鈰納米棒。配制50mg/L的剛果紅溶液，取50ml放入反應器皿中，加入制備好的氧化鈰納米 棒，在自然光下攪拌，并在不同時間段下取出4ml溶液，經(jīng)離心分離得到降解后的溶液。對所得的氧化鈰納米棒粉體、降解后所得的固體顆粒進行X-射線衍射分析，如圖 4所示。氧化鈰納米顆粒的衍射峰均為CeO2的特征衍射峰，能夠確認得到的產(chǎn)物是二氧化 鈰且無雜質(zhì)。對比降解后氧化鈰納米顆粒和剛果紅的XRD圖譜，降解后氧化鈰納米顆粒中 沒有剛果紅的特征峰，說明溶于水的偶氮染料已被降解。產(chǎn)物的SEM照片如圖5所示，從圖中看出，本方法制備出CeO2納米棒，直徑為 100-200 納米。對降解前后的剛果紅染料溶液進行紫外吸收測試，結(jié)果如圖6所示，從圖中看出， 降解后的剛果紅溶液在343nm和496nm處的吸收峰強度隨著降解時間的增加明顯的減弱， 在180分鐘以后吸收峰強度幾乎為零，說明溶于水的染料被已降解。實施例3 配制0. lmol/L的CeCl3 · 6H20溶液和0. lmol/L的CTAB溶液各40ml，混合攪拌半 小時后，加入36ml NH3 ·Η20，攪拌24小時，將得到的混合物靜置陳化10天。倒掉上層清液， 將得到的沉淀用蒸餾水洗滌，離心分離，于室溫下干燥；研磨，得到氧化鈰納米顆粒與納米 棒混合物。配制50mg/L的剛果紅溶液，取50ml放入反應器皿中，加入制備好的氧化鈰納納米 顆粒與納米棒混合物粉末，在自然光下攪拌，并在不同時間段下取出4ml溶液，經(jīng)離心分離 得到降解后的溶液。 對所得的氧化鈰納米棒+納米顆粒粉末、降解后所得的固體顆粒進行X-射線衍射 分析，如圖7所示。氧化鈰納米顆粒的衍射峰均為CeO2的特征衍射峰，能夠確認得到的產(chǎn) 物是二氧化鈰且無雜質(zhì)。對比降解后氧化鈰納米顆粒和剛果紅的XRD圖譜，降解后氧化鈰 納米顆粒中沒有剛果紅的特征峰，說明溶于水的偶氮染料已被降解。產(chǎn)物的TEM照片如圖8所示，從圖中看出，本方法制備出的CeO2形貌為納米棒和 納米顆粒的混合物，分散性好，其中納米顆粒粒徑約為5-10納米，納米棒直徑約為100-150 納米。對降解前后的剛果紅染料溶液進行紫外吸收測試，結(jié)果如圖9所示，從圖中看出， 降解后的剛果紅溶液在343nm和496nm處的吸收峰強度隨著降解時間的增加明顯的減弱， 在180分鐘以后吸收峰強度幾乎為零，說明溶于水的染料被已降解。
權(quán)利要求
1.一種納米結(jié)構(gòu)氧化鈰，其特征在于納米結(jié)構(gòu)氧化鈰在室溫條件下經(jīng)如下制備步驟得到①配制表面活性劑澄清溶液取一定量的十六烷基三甲基溴化銨，即分析純CTAB， 使其完全溶解于50ml去離子水中得到透明澄清溶液CTAB溶液；CTAB溶液濃度為 0.1-0. 6mol/L ；②配制鈰鹽溶液取一定量的分析純CeCl3或Ce(NO3) 3置于IOOml燒杯中，往其中加入 50ml去離子水300轉(zhuǎn)/分鐘磁力攪拌，直至完全溶解呈透明澄清溶液，氯化物溶液的濃度為 0.lmol/L ；③向鈰鹽溶液中滴加CTAB溶液40ml并300轉(zhuǎn)/分鐘磁力攪拌30分鐘后得到均勻透 明的CTAB和鈰鹽混合溶液；然后300轉(zhuǎn)/分鐘磁力攪拌，并將配置好的25wt%的氨水溶液 緩慢滴加到CTAB和鈰鹽的混合溶液中；將燒杯封好，繼續(xù)在300轉(zhuǎn)/分鐘磁力攪拌2小時 后室溫陳化30min-10天；④陳化結(jié)束后對沉淀進行過濾、用蒸餾水離心洗滌5次去除CTAB，再經(jīng)干燥后得到形 貌為顆粒、棒、顆粒與棒混合的納米結(jié)構(gòu)氧化鈰。
2.權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)氧化鈰，其特征在于納米結(jié)構(gòu)氧化鈰作為降解偶氮染料 剛果紅廢水的應用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種納米結(jié)構(gòu)氧化鈰及其應用，屬于無機納米材料與應用技術(shù)領域。本發(fā)明的納米結(jié)構(gòu)氧化鈰采用化學共沉淀法于室溫下制得；然后在剛果紅染料廢水中加入納米結(jié)構(gòu)氧化鈰，降解剛果紅染料廢水。本發(fā)明的納米結(jié)構(gòu)氧化鈰的制備無需高溫高壓的苛刻實驗條件，成本低廉，工藝簡單，在制備過程中不引入其他污染物，獲得的納米結(jié)構(gòu)氧化鈰廉價且純度高。納米結(jié)構(gòu)氧化鈰材料作為催化劑在常溫常壓下降解剛果紅染料廢水，有效解決了降解剛果紅染料廢水的催化劑工藝復雜、降解條件要求苛刻、處理效果不明顯、成本較高、存在二次污染的問題。
文檔編號C02F1/58GK102115146SQ20111000170
公開日2011年7月6日 申請日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月6日
發(fā)明者王國鳳, 王毓德 申請人:云南大學