復(fù)合金屬氧化物的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及CuFe02復(fù)合金屬氧化物的制備方法，特別是一種微波法制備CuFe02復(fù)合金屬氧化物的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著材料制備技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展，各類新型材料被通過(guò)不同的物理、化學(xué)等方法相繼被開發(fā)且應(yīng)用。復(fù)合金屬氧化物CuFe02，不僅作為半導(dǎo)體材料被運(yùn)用于各類光電技術(shù)領(lǐng)域，其在污染物降解中高級(jí)氧化技術(shù)領(lǐng)域的運(yùn)用也正在被不斷發(fā)現(xiàn)。
[0003]在傳統(tǒng)的均相Fenton反應(yīng)過(guò)程中，鐵的引入產(chǎn)生難以處理的鐵污泥，進(jìn)一步增加了處理成本。從而催生了近幾年被相繼報(bào)道的非均相Fenton反應(yīng)催化劑的運(yùn)用。非均相Fenton反應(yīng)催化劑與傳統(tǒng)的均相催化劑Fe2+相比，具有催化劑易分離回收、能夠循環(huán)利用、Fe2+持續(xù)釋放維持反應(yīng)速率穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)節(jié)約時(shí)間成本，也防止產(chǎn)生大量的鐵污泥。在諸多的非均相Fenton反應(yīng)催化劑中，CuFe02被公開作為新型的類芬頓反應(yīng)催化劑，具有快速沉降、易于回收、可循環(huán)利用的優(yōu)點(diǎn)(專利公布號(hào)為CN103285862A)。作為一種多功能材料，目前CuFe02的制備方法有高溫固相法、溶膠凝膠法配合后續(xù)高溫?zé)Y(jié)以及水熱法。高溫固相法對(duì)能源的消耗大，且反映時(shí)間長(zhǎng);溶膠凝膠法配合后續(xù)高溫?zé)Y(jié)的方法前期反應(yīng)速度快，但反應(yīng)不易控制，操作繁雜;在公布號(hào)為CN103285862A的發(fā)明專利中，利用水熱法合成微米級(jí)CuFe02，其合成過(guò)程需在聚四氟乙稀高溫反應(yīng)爸中，在溫度為120?200°C下持續(xù)反應(yīng)12?96h完成;公布號(hào)為CN104860356A的發(fā)明專利所提供的制備方法與上述沒(méi)有實(shí)質(zhì)性區(qū)別；另外公布號(hào)為CN104058461A的發(fā)明專利提供了一種低溫下的水熱法合成納米級(jí)CuFe02，提供了水熱法制備CuFe02的方法，其制備反應(yīng)條件要求高，設(shè)備投入成本也較高。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
鑒于以上三種制備方法存在的不足，本發(fā)明進(jìn)一步對(duì)復(fù)合金屬氧化物CuFe02的制備進(jìn)行完善。提供了一種微波法制備CuFe02復(fù)合金屬氧化物的方法，該法具有操作簡(jiǎn)單，能耗較低，且快速制備目標(biāo)產(chǎn)物的優(yōu)點(diǎn)。
[0005]方法步驟如下:
一種微波法制備CuFe02復(fù)合金屬氧化物的方法，其特征在于該方法包括以下步驟:
(1)配制反應(yīng)溶液:將等摩爾質(zhì)量的硝酸銅和硝酸鐵充分溶于去離子水中，在攪拌下，向混合溶液中加入氫氧化鈉溶液得到黑褐色溶膠，所述氫氧化鈉溶液中的溶質(zhì)與硝酸銅的摩爾比為5?50:1;將黑褐色溶膠先后進(jìn)行超聲和磁力攪拌10-20min使之充分混合;最后加入檸檬酸溶液，磁力攪拌10分鐘得到反應(yīng)溶液;所述檸檬酸與硝酸銅的摩爾比為0.5?2.5:1;
(2)微波條件下制備:將步驟(1)的反應(yīng)溶液置于微波爐中，在微波功率為250-600W條件下持續(xù)反應(yīng)15_25min;
(3)產(chǎn)物收集:反應(yīng)結(jié)束后，取出反應(yīng)容器，冷卻至室溫，在5000r/min的轉(zhuǎn)速條件下離心分離lOmin，并用去離子水清洗分離3次以上，干燥，得到最終產(chǎn)物CuFe02復(fù)合金屬氧化物。
[0006]在上述技術(shù)方案中，硝酸銅與硝酸鐵的原子摩爾比為1:1，除了硝酸銅和硝酸鐵，也可分別用氯化銅、硫酸銅等含有Cu2+的化合物與氯化鐵、硫酸鐵等含有Fe2+的化合物代替。
[0007]所用檸檬酸與硝酸銅的摩爾比為0.5?2.5:1，優(yōu)選為1:1;還原劑可以除了檸檬酸之外，也可以是乙酸、葡萄糖、正丙醛等還原劑。
[0008]所用氧化鈉溶液中的溶質(zhì)與硝酸銅的摩爾比為5?50:1，優(yōu)選為20?30:1。
[0009]步驟2中反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為20min。步驟3離心時(shí)間優(yōu)選為lOmin。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為實(shí)施例1中合成產(chǎn)品的XRD圖?？v坐標(biāo)為衍射峰強(qiáng)度，橫坐標(biāo)為角度。
[0011]圖2為實(shí)施例1中合成產(chǎn)品的SEM圖。
[0012]圖3為實(shí)施例3和實(shí)施例4中的反應(yīng)體系在微波輻照反應(yīng)完全，靜置20min后的現(xiàn)象比較。
[0013]圖4為實(shí)施例3-實(shí)施例5中的反應(yīng)體系在同等微波輻照下的溶液脫色率變化情況對(duì)比。
【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例1
分別稱取0.05mol硝酸銅和硝酸鐵充分溶于10ml去離子水，將上述溶液緩慢滴入50ml摩爾濃度為2.0mol/L的氫氧化鈉溶液中，滴加過(guò)程持續(xù)不斷攪拌得到黑褐色溶膠;上述體系超聲分散15min，磁力攪拌lOmin使之充分混合;然后加入20ml濃度為0.25mol/L朽1檬酸溶液，再次磁力攪拌1 Omin得到反應(yīng)溶液;將其置于微波爐中，功率調(diào)為280W，反應(yīng)15min，取出，尚心，洗漆，干燥，得到CuFe〇2。
[0015]圖1為實(shí)施例1中合成產(chǎn)品的XRD圖。由圖可知本發(fā)明所得產(chǎn)品圖譜與CuFe02的標(biāo)準(zhǔn)XRD圖譜基本一致，具有與CuFe02基本一致的結(jié)構(gòu)。
[0016]圖2為實(shí)施例1中合成產(chǎn)品的SEM圖。從圖中可以知道，本發(fā)明方法制備出的CuFe02產(chǎn)品具有不規(guī)則的六面體結(jié)構(gòu)，其粒徑范圍在2?4μπι。
[0017]實(shí)施例2
分別稱取0.15mol硝酸銅和硝酸鐵充分溶于20ml去離子水，將上述溶液緩慢滴入100ml摩爾濃度為2.0mol/L的氫氧化鈉溶液中，滴加過(guò)程持續(xù)不斷攪拌得到黑褐色溶膠;上述體系超聲分散20min，磁力攪拌20min使之充分混合;然后加入60ml濃度為0.25mol/L朽1檬酸溶液，再次磁力攪拌20min得到反應(yīng)溶液;將其置于微波爐中，功率調(diào)為420W，反應(yīng)20min，取出，尚心，洗漆，干燥，得到CuFe〇2。
[0018]實(shí)施例3
在100ml濃度為20mg/L、pH=3 (稀硝酸調(diào)節(jié))的橙黃G溶液中加入0.1 g本發(fā)明所得產(chǎn)品，并磁力攪拌2min使其均勻分散;隨后加入0.1ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的H202溶液，迅速轉(zhuǎn)移至微波反應(yīng)爐中，設(shè)定微波功率為140W，記為0時(shí)刻;在第0、4、7、10、20、30、40、50min時(shí)刻量取樣品溶液，經(jīng)規(guī)格為0.22μηι的濾膜過(guò)濾后，用紫外-分光光度儀于波長(zhǎng)為475nm下測(cè)定吸光度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明所得產(chǎn)品在lOmin內(nèi)便實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)染料橙黃G的完全氧化脫色，如反應(yīng)lOmin后，體系溶液的脫色率高達(dá)99%;反應(yīng)完全后靜置20min，上層溶液完全澄清，本發(fā)明所得產(chǎn)品完全?/L降。
[0019]實(shí)施例4
在100ml濃度為20mg/L、pH=3(稀硝酸調(diào)節(jié))的橙黃G溶液中加入0.lg還原鐵粉，磁力攪拌使其均勻分散;隨后加入0.1ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的H202溶液，迅速轉(zhuǎn)移至微波反應(yīng)爐中，設(shè)定微波功率為140W，記為0時(shí)刻;在第0、4、7、10、20、30、40、50min時(shí)刻量取樣品溶液，經(jīng)規(guī)格為0.22μπι的濾膜過(guò)濾后，用紫外-分光光度儀于波長(zhǎng)為475nm下測(cè)定吸光度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，還原鐵粉在20min內(nèi)可實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)染料橙黃G的完全氧化脫色，如反應(yīng)lOmin后，體系溶液的脫色率達(dá)94.5%;反應(yīng)完全后靜置20min，反應(yīng)溶液仍顯淡黃色，底部沉降較多污泥。
[0020]圖3為實(shí)施例3和實(shí)施例4中的反應(yīng)體系在微波輻照反應(yīng)完全，靜置20min后的現(xiàn)象比較。由現(xiàn)象可知，在同等條件下，由Fe構(gòu)成的Fenton體系實(shí)現(xiàn)橙黃G的降解之后產(chǎn)生明顯的污泥，而由本發(fā)明所得產(chǎn)品催化降解后的溶液澄清，催化劑明顯沉降。相比前者反應(yīng)產(chǎn)生的難以處理的鐵污泥，后者降解后的反應(yīng)具有更便于處理、催化劑便于回收利用的優(yōu)點(diǎn)。
[0021]實(shí)施例5
在100ml濃度為20mg/L、pH=3(稀硝酸調(diào)節(jié))的橙黃G溶液中加入0.1ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的H202溶液，迅速轉(zhuǎn)移至微波反應(yīng)爐中，設(shè)定微波功率為140W，記為0時(shí)刻;在第0、4、7、10、20、30、40、5011^11時(shí)刻量取樣品溶液，經(jīng)規(guī)格為0.22μπι的濾膜過(guò)濾后，用紫外-分光光度儀于波長(zhǎng)為475nm下測(cè)定吸光度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)體系溶液的吸光度無(wú)明顯變化。
[0022]圖4為實(shí)施例3-實(shí)施例5中的反應(yīng)體系在同等微波輻照下的溶液脫色率變化情況對(duì)比。通過(guò)對(duì)比可知，由本發(fā)明所得產(chǎn)品構(gòu)成的Fenton體系對(duì)污染物橙黃G具有明顯的氧化降解效果;僅在lOmin后，體系溶液的脫色率便高達(dá)99%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種微波法制備CuFe02復(fù)合金屬氧化物的方法，其特征在于該方法包括以下步驟: (1)配制反應(yīng)溶液:將等摩爾質(zhì)量的硝酸銅和硝酸鐵充分溶于去離子水中，在攪拌下，向混合溶液中加入氫氧化鈉溶液得到黑褐色溶膠，所述氫氧化鈉溶液中的溶質(zhì)與硝酸銅的摩爾比為5?50:1;將黑褐色溶膠先后進(jìn)行超聲和磁力攪拌10-20min使之充分混合;最后加入檸檬酸溶液，磁力攪拌10分鐘得到反應(yīng)溶液;所述檸檬酸與硝酸銅的摩爾比為0.5?2.5:1; (2)微波條件下制備:將步驟(1)的反應(yīng)溶液置于微波爐中，在微波功率為250-600W條件下持續(xù)反應(yīng)15_25min; (3)產(chǎn)物收集:反應(yīng)結(jié)束后，取出反應(yīng)容器，冷卻至室溫，在5000r/min的轉(zhuǎn)速條件下離心分離lOmin，并用去離子水清洗分離3次以上，干燥，得到最終產(chǎn)物CuFe02復(fù)合金屬氧化物。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波法制備CuFe02復(fù)合金屬氧化物的方法，其特征在于硝酸銅可以用氯化銅或硫酸銅代替，硝酸鐵可以用氯化鐵或硫酸鐵代替。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波法制備CuFe02復(fù)合金屬氧化物的方法，其特征在于檸檬酸與硝酸銅的摩爾比為1:1;檸檬酸可以由乙酸、葡萄糖、正丙醛代替。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波法制備CuFe02復(fù)合金屬氧化物的方法，其特征在于所述氫氧化鈉溶液中的溶質(zhì)與硝酸銅的摩爾比為20?30:1。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波法制備CuFe02復(fù)合金屬氧化物的方法，其特征在于步驟2中反應(yīng)時(shí)間為20min。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波法制備CuFe02復(fù)合金屬氧化物的方法，其特征在于步驟3離心時(shí)間為1 Omin。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種微波法制備CuFeO2復(fù)合金屬氧化物的方法。該方法包括如下步驟：(1)配制反應(yīng)溶液：將相等摩爾質(zhì)量的硝酸銅晶體和硝酸鐵晶體充分溶于去離子水中；在攪拌之下，向上述溶液中緩慢加入適量的氫氧化鈉溶液，所得黑褐色溶膠超聲分散10-20min;(2)微波條件下制備：將上述反應(yīng)體系置于微波爐中，在微波功率為250-600W條件下持續(xù)反應(yīng)15-20min；(3)反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，一定轉(zhuǎn)速條件下離心分離數(shù)分鐘，并用去離子水多次清洗分離，干燥，得到最終產(chǎn)物。該法用于制備復(fù)合金屬氧化物CuFeO2具有操作簡(jiǎn)便、反應(yīng)時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，可快速得到性能穩(wěn)定的產(chǎn)物，節(jié)約能源。
【IPC分類】B01J37/34, B01J23/745
【公開號(hào)】CN105413688
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510737366
【發(fā)明人】朱義族, 蔣璐, 沈鈺琪, 陳亞其, 周萍, 朱詩(shī)瓊, 蔡美強(qiáng)
【申請(qǐng)人】浙江工商大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年11月3日