一種磁性二氧化錫納米復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米復(fù)合材料的制備方法，尤其涉及一種高光芬頓催化活性磁性二氧化錫復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化錫納米粒子作為當(dāng)今社會最具應(yīng)用前景的半導(dǎo)體納米材料之一，憑借其較小的尺寸、高的表面積與體積比、高選擇性、極好的穩(wěn)定性以及較低的成本等特性使其在氣敏傳感器、光催化、鋰離子電池及太陽能電池等領(lǐng)域具有較為廣泛的應(yīng)用前景。此外，二氧化錫納米粒子還具有耐高溫、耐酸堿、傳熱性好等優(yōu)點。通過適宜的合成方法將二氧化錫與四氧化三鐵混合使其具有磁性有利于材料的回收再利用，磁性的二氧化錫納米復(fù)合材料由于四氧化三鐵與二氧化錫的協(xié)同作用展現(xiàn)出了較高的光芬頓催化活性。
[0003]目前文獻中已報道的復(fù)合材料的制備方法主要是濕化學(xué)法，如水熱法、共沉淀法、溶膠-凝膠法、微乳液法等，這些方法對設(shè)備要求較低，且成本相對較低，從而使其易用于制備光芬頓活性較高的材料。其中水熱法由于具有反應(yīng)時間短，操作簡便，有利于實現(xiàn)產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點，并且可以通過改變溫度、時間、溶劑等參數(shù)從而的到不同形貌結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。
[0004]文南犬[1]A green and novel approach for the synthesis of Sn02nanoparticles and its exploitat1n as a catalyst in the degradat1n ofmethylene blue under solar radiat1n ?Materials Letters , 2015，145: 74-78中米用共沉淀法制備了球狀二氧化錫納米粒子，此法操作簡單，成本較低，利于工業(yè)化生產(chǎn)，但制備的材料團聚現(xiàn)象嚴重。
[0005]文獻[2]Porous Fe304/Sn02 core/shell nanorods: synthesis andelectromagnetic properties，The Journal of Physical Chemistry C， 2009， 113(23): 10061-10064制備了直徑約為80納米的Fe304/Sn02核殼結(jié)構(gòu)納米棒，其中該材料具有良好的結(jié)晶度及形貌，但該方法制備過程復(fù)雜，產(chǎn)率低，成本較高，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0006]因此，需要采用一種新技術(shù)解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為了提供一種磁性的二氧化錫復(fù)合材料的制備方法，該材料具有良好的光芬頓催化活性，是一種較好的光芬頓催化劑。
[0008]本發(fā)明的操作步驟如下:
(1)將六水合三氯化鐵，乙酸鈉以及表面活性劑在乙二醇溶液中進行水熱反應(yīng)，得到不同形貌及粒徑的四氧化三鐵納米粒子；
(2)將制備的四氧化三鐵納米粒子在無水乙醇和水的混合溶液中超聲分散一段時間使其顆粒更分散；
(3)在分散溶液中加入一定量的三水合錫酸鉀以及尿素，機械攪拌一定時間，將其轉(zhuǎn)入到水熱反應(yīng)釜中，在一定溫度下水熱反應(yīng)一段時間，將所得的產(chǎn)物洗滌，分離，干燥即可得到所需的Fe304@Sn02納米復(fù)合材料。
[0009]其中，采用的表面活性劑為聚乙二醇，聚乙烯吡咯烷酮以及檸檬酸鈉，產(chǎn)物洗滌分離過程中采用水洗3~5次，醇洗3~5次，機械攪拌約為1?20分鐘。
[0010]本發(fā)明所述的四氧化三鐵納米粒子制備過程中，反應(yīng)溫度為180°C~220°C，反應(yīng)時間為8?12小時。
[0011]本發(fā)明所述的四氧化三鐵納米粒子制備過程中，所用的表面活性劑的濃度約為12?50mg/Lo
[0012]本發(fā)明所述Fe304@Sn02納米復(fù)合材料的反應(yīng)溫度為160°C~180°C，反應(yīng)時間為12?24小時。
[0013]本發(fā)明所制備的Fe304@Sn02即復(fù)合材料四氧化三鐵與二氧化錫的復(fù)合比例約為1:1?1:3。
[0014]對制備得到的產(chǎn)物進行如下表征:
測得紅外譜圖見圖1，由圖1可見此曲線在波長范圍為3100?3400cm—1處同樣有一個較寬的峰，此峰對應(yīng)的是復(fù)合材料表面羥基的伸縮的振動，在波長分別為576cm—1和667cm—1處具有兩個對稱的的峰對應(yīng)的Sn-O-Sn振動，至于Fe-O鍵振動的峰可能是與Sn-O-Sn振動的峰位置很接近從而被掩蓋了。
[0015]X射線衍射分析儀的結(jié)果見圖2，由圖2可見在衍射角2Θ = 31.2°、36.8°、44.7°、55.6。、59.3。、65.2。處的衍射峰與四氧化三鐵(卩0卩#26-1136)的(220)、(311)、(400)、(422)、(511)和(440)面的衍射峰相對應(yīng)，可見該復(fù)合材料含有四氧化三鐵;與此同時在衍射角2Θ=26°、33°、51°處具有明顯的衍射峰與金紅石結(jié)構(gòu)的二氧化錫相對應(yīng)，從而得知該復(fù)合材料中含有一.氧化錫。
[0016]制備的產(chǎn)物的掃描電鏡圖譜見圖3，由圖3可見此復(fù)合材料的形貌為球狀，粒徑約為50?300nm左右。
[0017]比表面積與孔徑分布圖見圖4、圖5，由圖可見此復(fù)合材料的比表面積為138m3/g，孔徑約為4nm。
[0018]光芬頓催化性能測試:稱取1mg產(chǎn)物放入一定體積的濃度為50mg/L的甲基橙溶液中暗反應(yīng)30分鐘，之后加入Iml雙氧水，用氙燈照射觀察其對甲基橙催化降解效果，測試結(jié)果見圖6，由圖6可見可以在70分鐘后，甲基橙幾乎降解完全。
[0019]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明采用的制備方法簡單易行，成本較低，產(chǎn)物具有磁性易于分離，且光芬頓催化活性較高。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明制備的磁性二氧化錫納米復(fù)合材料的紅外譜圖。
[0021 ]圖2為本發(fā)明制備的磁性二氧化錫納米復(fù)合材料的XRD譜圖。
[0022]圖3為本發(fā)明制備的磁性二氧化錫納米復(fù)合材料的掃描電鏡照片。
[0023]圖4為本發(fā)明制備的磁性二氧化錫納米復(fù)合材料的比表面積圖譜。
[0024]圖5為本發(fā)明制備的磁性二氧化錫納米復(fù)合材料的孔徑分析圖譜。
[0025]圖6為實例2制備的磁性二氧化錫納米復(fù)合材料的光芬頓催化性能。
【具體實施方式】
[0026]為了加深對本發(fā)明的理解，下面結(jié)合附圖與實例對本發(fā)明進行了詳細的說明，但本發(fā)明不限于這些實例。
[0027]實施例1
將1.5g六水合三氯化鐵，Ig聚乙烯吡咯烷酮，2g乙酸鈉添加到盛有70ml乙二醇的圓底燒瓶中機械攪拌兩個小時后將其轉(zhuǎn)入10ml水熱反應(yīng)釜中，200度反應(yīng)8小時，產(chǎn)物分別用水和無水乙醇洗滌各4次，并進行磁性分離，緊接著在60度真空干燥12小時即可得到四氧化三鐵納米粒子。取0.2g制備的四氧化三鐵置于25ml乙醇與45ml水混合液中超聲分散30分鐘，然后在攪拌條件下向其中加入0.516g三水合錫酸鉀和0.614g尿素，繼續(xù)攪拌10分鐘，轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜200度反應(yīng)12小時，產(chǎn)物分別用水和無水乙醇洗滌各4次，并進行磁性分離，緊接著在60度真空干燥12小時即可得到磁性二氧化錫復(fù)合材料，比表面積約為138m2/g。
[0028]實施例2
將1.5g六水合三氯化鐵，Ig聚乙烯吡咯烷酮，2g乙酸鈉添加到盛有70ml乙二醇的圓底燒瓶中機械攪拌兩個小時后將其轉(zhuǎn)入10ml水熱反應(yīng)釜中，200度反應(yīng)8小時，產(chǎn)物分別用水和無水乙醇洗滌各4次，并進行磁性分離，緊接著在60度真空干燥12小時即可得到四氧化三鐵納米粒子。取0.2g制備的四氧化三鐵置于25ml乙醇與45ml水混合液中超聲分散30分鐘，然后在攪拌條件下向其中加入0.604g五水合四氯化錫并用5%氨水滴定使其PH達到7~8左右，繼續(xù)攪拌10分鐘，轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜200度反應(yīng)12小時，產(chǎn)物分別用水和無水乙醇洗滌各4次，并進行磁性分離，緊接著在60度真空干燥12小時即可得到磁性二氧化錫復(fù)合材料，比表面積約為116m2/g。
[0029]實施例3
將1.5g六水合三氯化鐵，Ig聚乙二醇，2g乙酸鈉添加到盛有70ml乙二醇的圓底燒瓶中機械攪拌兩個小時后將其轉(zhuǎn)入10ml水熱反應(yīng)釜中，200度反應(yīng)8小時，產(chǎn)物分別用水和無水乙醇洗滌各4次，并進行磁性分離，緊接著在60度真空干燥12小時即可得到四氧化三鐵納米粒子。取0.2g制備的四氧化三鐵置于25ml乙醇與45ml水混合液中超聲分散30分鐘，然后在攪拌條件下向其中加入0.516g三水合錫酸鉀和0.614g尿素，繼續(xù)攪拌10分鐘，轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜200度反應(yīng)12小時，產(chǎn)物分別用水和無水乙醇洗滌各4次，并進行磁性分離，緊接著在60度真空干燥12小時即可得到磁性二氧化錫復(fù)合材料，比表面積約為108m2/g。
[0030]實施例4
將1.5g六水合三氯化鐵，Ig聚乙烯吡咯烷酮，2g乙酸鈉添加到盛有70ml乙二醇的圓底燒瓶中機械攪拌兩個小時后將其轉(zhuǎn)入10ml水熱反應(yīng)釜中，200度反應(yīng)8小時，產(chǎn)物分別用水和無水乙醇洗滌各4次，并進行磁性分離，緊接著在60度真空干燥12小時即可得到四氧化三鐵納米粒子。取0.2g制備的四氧化三鐵置于25ml乙醇與45ml水混合液中超聲分散30分鐘，然后在攪拌條件下向其中加入0.258g三水合錫酸鉀和0.307g尿素，繼續(xù)攪拌10分鐘，轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜200度反應(yīng)12小時，產(chǎn)物分別用水和無水乙醇洗滌各4次，并進行磁性分離，緊接著在60度真空干燥12小時即可得到磁性二氧化錫復(fù)合材料，比表面積約為97m2/g。
【主權(quán)項】
1.一種磁性二氧化錫納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟: (1)將六水合三氯化鐵、乙酸鈉以及表面活性劑在乙二醇溶液中進行水熱反應(yīng)，得到四氧化三鐵納米粒子； (2)將制備的四氧化三鐵納米粒子在無水乙醇和水的混合溶液中超聲分散一段時間使其顆粒更分散； (3)在上步分散膠體溶液中加入一定量的三水合錫酸鉀以及尿素，機械攪拌一定時間，將其轉(zhuǎn)入到水熱反應(yīng)釜中，在一定溫度下水熱反應(yīng)一段時間，將所得的產(chǎn)物洗滌，分離，干燥即可得到所需的Fe304@Sn02納米復(fù)合材料； 其中，采用的表面活性劑為聚乙二醇，聚乙烯吡咯烷酮以及檸檬酸鈉，產(chǎn)物洗滌分離過程中采用水洗3~5次，醇洗3~5次，機械攪拌約為1?20分鐘。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性二氧化錫納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述的四氧化三鐵納米粒子制備過程中，反應(yīng)溫度為180°C~220°C，反應(yīng)時間為8?12小時。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性二氧化錫納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述的四氧化三鐵納米粒子制備過程中，所用的表面活性劑的濃度約為12?50mg/L。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性二氧化錫納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:Fe304@Sn02納米復(fù)合材料的反應(yīng)溫度為160°C~180°C，反應(yīng)時間為12?24小時。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性二氧化錫納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所制備的Fe3O4OSnO2納米復(fù)合材料即復(fù)合材料四氧化三鐵與二氧化錫的復(fù)合比例約為1:1-1:3。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種磁性二氧化錫納米復(fù)合材料的制備方法，首先采用六水合三氯化鐵、乙酸鈉作為原料，在乙二醇溶液中進行溶劑熱反應(yīng)制備出四氧化三鐵納米粒子；然后以制備的四氧化三鐵納米粒子、三水合錫酸鉀、尿素作為原料，在乙醇與水的混合液中進行水熱反應(yīng)制備了Fe3O4SnO2納米復(fù)合材料。該材料粒徑約為50？~？350nm。本發(fā)明采用的方法簡單易行，成本較低，制備的材料結(jié)晶度高，形貌良好，且具有較高的比表面積。制備的磁性復(fù)合材料具有較好的光芬頓催化性能且因為具有磁性很容易回收再利用。
【IPC分類】C02F1/72, B01J23/835, C02F1/30
【公開號】CN105478125
【申請?zhí)枴緾N201510808035
【發(fā)明人】薛柯柯, 張愛琴, 唐星華, 袁斌, 李文
【申請人】南昌航空大學(xué)
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年11月20日