[發明專利]一種三維花狀納米結構鐵氧化物制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201810548877.2
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN108821346B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 姚可夫;陳雙琴;施凌翔;邵洋
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C01G49/02
• 分類號: C01G49/02;B82Y30/00;B82Y40/00;B01J20/06;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/22
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本發明公開一種三維花狀納米結構鐵氧化物材料的制備方法及其應用。所述方法包括將鐵基非晶/納米晶合金條帶浸入含偶氮染料溶液或含氯化鈉溶液中浸泡一段時間即可得到三維花狀納米結構鐵氧化物。該制備方法簡單、成本低廉、常溫常壓下操作、易于工業化生產。制備得到的三維花狀納米結構鐵氧化物附著在鐵基非晶/納米晶合金條帶表面，整體為宏觀材料，便于應用。將附有三維花狀納米結構鐵氧化物的鐵基非晶/納米晶條帶放入含重金屬離子溶液中，可快速吸附溶液中的重金屬離子，且條帶很容易從溶液中取出或分離，應用簡便，因此具有良好的應用價值。

技術領域

本發明涉及鐵基非晶/納米晶條帶材料以及在其表面生長并附著的三維花狀納米結構鐵氧化物的制備方法與應用。

背景技術

三維花狀納米結構鐵氧化物因其納米結構而具有大的比表面積，在含重金屬離子污水的處理中有良好的應用前景。三維花狀納米結構鐵氧化物通常采用水熱/溶劑熱反應合成，將金屬鹽溶液與化學試劑反應生成金屬氧化物。該方法反應周期長，制備過程復雜，反應溫度150℃，不在常溫范圍，需額外加熱，使其制備成本升高。研發制備三維花狀納米結構鐵氧化物的新方法，簡化制備步驟與反應條件對于降低成本，拓展其實際應用具有重要的意義。

水中的重金屬離子主要來自各種工業廢水，過量的重金屬離子暴露對人體與生態環境都有重大危害。水中過量的重金屬離子會導致水生物死亡，影響生態平衡與水系統自凈化能力。此外水中的重金屬離子會在動植物體內累積，通過食物鏈進入人體，過量的重金屬離子攝入會對人體生成器官損傷，甚至致癌、致畸。因此去除污水中的重金屬離子具有重要的意義。印染污水約占工業廢水的20％，主要污染成分為染料，此外還常含有重金屬離子Cr^VI。污水處理最理想的處理結果是能將污染物轉變為有用的材料得到進一步應用。零價鐵還原降解偶氮染料過程中，產生鐵氧化物沉淀，如果能通過工藝方法使沉淀鐵氧化物呈現三維花狀納米結構，并同時吸附印染污水中的Cr^VI，將具有重要實用價值，可發展成為一種制備三維花狀納米結構鐵氧化物的新方法。

發明內容

本發明旨在提供一種簡易新方法用于制備三維花狀納米結構鐵氧化物。

本發明的三維花狀納米結構鐵氧化物制備方法步驟如下：以鐵基非晶/納米晶合金條帶為鐵元素來源，以偶氮染料溶液或氯化鈉溶液為氧化劑，在一定溫度下將鐵基非晶/納米晶合金條帶浸入含偶氮染料溶液或含氯化鈉溶液中，保持一定的時間，可制備得到一層致密的三維花狀納米結構鐵氧化物并均勻覆蓋和附著在鐵基非晶/納米晶合金條帶的表面。繼續浸泡，所述三維花狀納米結構從花瓣狀轉變為三維花朵狀。致密度也逐漸增加。

所述鐵基非晶/納米晶條帶組成以鐵元素為主，鐵元素原子百分比為50％～85％。

所述方法中，所述鐵基非晶/納米晶合金條帶成分選擇范圍寬，可為Fe-Ni-Si-B-Nb-Cu、Fe-Si-B、Fe-Si-B-Co、Fe-Si-B-P-C-Mo等鐵基非晶/納米晶合金材料。

所述偶氮染料為以下但不限于以下染料中的一種，金橙II、甲基橙、直接藍6等。

所述偶氮染料可選擇金橙II(C₁₆H₁₁N₂NaO₄S)，金橙II溶液初始濃度25mg/L，初始pH值中性到堿性。

所述含偶氮染料溶液的初始濃度為25～100mg/L，pH值為6～10；所述含氯化鈉溶液為3～5％的水溶液，pH值6-10。

所述溶液溫度為25～55℃，在偶氮染料溶液中浸泡時間40～60分鐘，即可獲得一層致密的三維花狀納米結構鐵氧化物；在氯化鈉溶液中浸泡60-3600分鐘，即可獲得一層致密的三維花葉狀/花瓣狀或花朵狀納米結構鐵氧化物。不同氯化鈉濃度和不同浸泡時間對花狀納米結構鐵氧化物形貌存在影響，可以調控。

制備的三維花狀納米結構鐵氧化物為羥基氧化鐵α-FeOOH或α-(Fe,M)OOH，其中M為Ni或Co。