CN103143359A - 一种可磁性回收的中空状TiO2-SiO2-CoFe2O4纳米光催化材料及其制备方法 - Google Patents
一种可磁性回收的中空状TiO2-SiO2-CoFe2O4纳米光催化材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103143359A CN103143359A CN2013100682947A CN201310068294A CN103143359A CN 103143359 A CN103143359 A CN 103143359A CN 2013100682947 A CN2013100682947 A CN 2013100682947A CN 201310068294 A CN201310068294 A CN 201310068294A CN 103143359 A CN103143359 A CN 103143359A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- preparation
- pdda
- carbon ball
- solution
- pss
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 76
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title abstract description 7
- 229910002518 CoFe2O4 Inorganic materials 0.000 title abstract 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 80
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 71
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims abstract description 20
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims abstract description 11
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000006249 magnetic particle Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 74
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 56
- 229920000371 poly(diallyldimethylammonium chloride) polymer Polymers 0.000 claims description 52
- 229920001467 poly(styrenesulfonates) Polymers 0.000 claims description 42
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 32
- 229910003321 CoFe Inorganic materials 0.000 claims description 29
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 claims description 28
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 26
- GFLJTEHFZZNCTR-UHFFFAOYSA-N 3-prop-2-enoyloxypropyl prop-2-enoate Chemical compound C=CC(=O)OCCCOC(=O)C=C GFLJTEHFZZNCTR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims description 24
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims description 24
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims description 24
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 21
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims description 18
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 16
- FPCJKVGGYOAWIZ-UHFFFAOYSA-N butan-1-ol;titanium Chemical compound [Ti].CCCCO.CCCCO.CCCCO.CCCCO FPCJKVGGYOAWIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 16
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- -1 poly-methyl diallyl ammonium chloride Chemical compound 0.000 claims description 11
- 229940059939 kayexalate Drugs 0.000 claims description 10
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 8
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical group O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 238000011068 loading method Methods 0.000 abstract description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 6
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 abstract 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 abstract 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 abstract 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 abstract 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 abstract 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract 1
- 238000009415 formwork Methods 0.000 abstract 1
- 229910021392 nanocarbon Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 abstract 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 abstract 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 abstract 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 abstract 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 3
- RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 3,7-bis(dimethylamino)phenothiazin-5-ium Chemical compound C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 RBTBFTRPCNLSDE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 2
- 238000005297 material degradation process Methods 0.000 description 2
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 description 2
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000000592 Artificial Cell Substances 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000000599 controlled substance Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种可磁性回收的中空状TiO2-SiO2-CoFe2O4纳米光催化材料及其制备方法，该材料为中空状结构，磁性颗粒被SiO2包覆，最外层为TiO2包覆层。方法步骤是：用葡萄糖水热合成纳米碳球；通过硅源反应在制备的磁性颗粒表面沉积SiO2；以碳球为模板材料，利用吸附作用将磁性SiO2纳米颗粒负载到碳球表面，制备SiO2-CoFe2O4-碳球复合物SCC；利用溶胶凝胶法将TiO2负载到SCC表面，通过煅烧得到该材料。本发明在紫外光下具有较好的光催化性性能，具有可控的磁性，可调的尺寸及无生理毒性的等特点。并且由于具有中空的结构，复合微球还具有低密度和高比表面积等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米光催化材料，具体是一种可磁性回收的中空状TiO2-SiO2-CoFe2O4纳米光催化材料及其制备方法。
背景技术
在氧化物半导体中, 锐钛矿型纳米TiO2光催化活性是最强的, 且具有良好的化学稳定性、抗磨损性、低成本、可以直接利用太阳光等优点，目前已被逐渐应用于废水处理、水纯化以及空气净化等环境领域。用于光降解的纳米TiO2通常有悬浮式和固定式两种形式，悬浮式TiO2粉末虽然有较大的比表面积，光催化效率高，但存在易凝聚、难回收等缺点，限制了其推广应用。将磁性物质与TiO2相结合研制的磁性负载型光催化剂既具备悬浮式光催化剂的高效性又可以利用磁分离技术回收进行再生利用，因而将具有及其重要的使用价值。然而在这类材料制备过程中，热处理将会使TiO2包覆层与磁性物质之间发生交互作用，致使光催化剂活性降低；另一方面，由于包覆层的多孔性，热处理也会导致磁性颗粒内核的局部变化，并使光催化剂的磁性降低。
近年来，随着合成技术和制备方法的进步，涉及具有特殊性质与功能的中空纳米微球光催化剂引起人们广泛关注，因为中空微球具有独特的物化性质，并已实现功能化。这类结构的材料具有低密度、高比表面积的特性，而且其空心部分可容纳大量的客体分子或大尺寸的功能材料，因此，空心微球材料在催化、可控药物释放和人造细胞等领域具有广泛的应用前景。但是目前尚未见到有涉及可磁性回收的中空状TiO2-SiO2-CoFe2O4纳米光催化材料的报道。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种磁性和尺寸均可调的可磁性回收的中空状TiO2-SiO2-CoFe2O4纳米光催化材料及其制备方法，该材料的磁性内核稳定，TiO2晶型的热稳定性好，且TiO2包覆层在光催化降解过程中不易脱落。
本发明所述的一种可磁性回收的中空状TiO2-SiO2-CoFe2O4纳米光催化材料，包括形貌及组成物质：所述形貌为中空状结构，组成物质为磁性颗粒、SiO2以及TiO2，磁性颗粒被SiO2包覆，最外层为TiO2包覆层。 上述纳米光催化材料由以下方法制备而成：
1) 将葡萄糖溶液通过水热合成法制备成碳球；
2)利用聚甲基二烯丙基氯化铵和聚苯乙烯磺酸钠改性步骤1）的碳球，使其表面沉积正电荷，得到碳球-(PDDA-PSS-PDDA)；
3)制备钴铁氧体颗粒；
4) 在乙醇、水和氨水的混合溶液中加入正硅酸乙酯，搅拌反应，其中乙醇、水、氨水、正硅酸乙酯的体积比为100:2:4:1；加入0.04~0.4 g/L的钴铁氧体颗粒，搅拌；引入0.06~0.6 g/L步骤2)制备的碳球-(PDDA-PSS-PDDA)，搅拌干燥，制得SiO2-CoFe2O4-碳球复合物SCC；
5) 通过溶胶-凝胶法将钛酸丁酯水解成TiO2溶胶，并通过搅拌将其负载到步骤4)制备的SCC微球表面，所述钛酸丁酯和SCC的质量比为5:1~20:1；
6) 在350~650 ℃下煅烧步骤5)制备的复合微球4 h，获得可磁性回收的中空状TiO2-SiO2-CoFe2O4纳米光催化材料。
所述步骤1）的具体过程为：将0.05~0.5 g/mL的葡萄糖溶液通过水热合成法在水热温度150~200 ℃下水热4~12 h，制备成碳球。
所述步骤2）的具体过程为：配制0.003~0.006 g/mL 的NaCl溶液，加入聚甲基二烯丙基氯化铵，即PDDA，制备成0.1~0.2 wt.% PDDA溶液，加入上述步骤1)得到的产物并搅拌60 min后过滤，得到碳球-PDDA；配制0.003~0.006 g/mL 的NaCl溶液，加入聚苯乙烯磺酸钠，即PSS，制备成0.05~0.1 wt.% PSS溶液，加入碳球-PDDA并搅拌30 min后过滤，制得碳球-(PDDA-PSS)；将碳球-(PDDA-PSS)加入到上述PDDA溶液中，制备碳球-(PDDA-PSS-PDDA)颗粒。
所述步骤3）的具体过程为： 将0.045~0.405 g/mL FeCl3·6H2O和0.02~0.18 g/mL CoCl2·6H2O溶解到乙二醇中，其中FeCl3·6H2O与CoCl2·6H2O的摩尔比为2:1；然后将尿素和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入到溶液中常温搅拌至形成棕色溶液，尿素的浓度为0.021~0.187 g/mL，PVP的浓度为0.0017~0.015 g/mL；将溶液转移至反应釜中在180℃下水热反应20 h，制备钴铁氧体颗粒。
本发明在磁性颗粒和TiO2包覆层之间增加了SiO2的隔离层。该隔离层不仅可以有效减少热处理过程中磁性颗粒与TiO2包覆层之间的交互作用，利于稳定磁性内核，还可以增加TiO2晶型的热稳定型，加强TiO2粘结的作用，使TiO2包覆层在光催化降解过程中不易脱落。本发明与现有技术相比具有如下优点：
1) 本发明具有制备简单，成本低，环境友好等优点。
2) 呈中空状，与实心微球相比具有低密度、高比表面积等不可比拟的优势。
3) 本发明制备的TSC光催化材料直径可调，且磁性可控，尺寸为纳米级，有利于满足不同领域对于材料性能的差异性要求。
4) 本发明制备的TSC光催化材料具有较好的光催化性能，并且可以回收再利用，降低了工业应用的成本。
附图说明
图1为本发明所涉及的可磁性回收的中空状TiO2-SiO2-CoFe2O4纳米光催化材料的透射电镜图，
图2为本发明所涉及的可磁性回收的中空状TiO2-SiO2-CoFe2O4纳米光催化材料的磁滞回线，
图3为本发明所涉及的可磁性回收的中空状TiO2-SiO2-CoFe2O4纳米光催化材料在紫外光下降解亚甲基蓝的效果图。
具体实施方式 实施例1
1) 将0.15 g/mL的葡萄糖溶液通过水热合成法在水热温度180 ℃下水热8 h，制备成碳球；
2) 配制0.006 g/mL 的NaCl溶液，加入聚甲基二烯丙基氯化铵，即PDDA，制备成0.2 wt.% PDDA溶液，加入上述步骤1)得到的产物并搅拌60 min后过滤，得到碳球-PDDA；配制0.006 g/mL 的NaCl溶液，加入聚苯乙烯磺酸钠，即PSS，制备成0.1 wt.% PSS溶液，加入碳球-PDDA并搅拌30 min后过滤，制得碳球-(PDDA-PSS)；将碳球-(PDDA-PSS)加入到上述PDDA溶液中，制备碳球-(PDDA-PSS-PDDA)颗粒，最终使得碳球表面分布均匀的正电荷；
3) 将0.135 g/mL FeCl3·6H2O和0.06 g/mL CoCl2·6H2O溶解到乙二醇中，其中FeCl3·6H2O与CoCl2·6H2O的摩尔比为2:1；然后将尿素和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入到溶液中常温搅拌至形成棕色溶液，尿素的浓度为0.063 g/mL，PVP的浓度为0.005 g/mL；将溶液转移至反应釜中在180 ℃下水热反应20 h，制备钴铁氧体颗粒；
4) 乙醇、水和氨水的混合溶液中加入正硅酸乙酯，40 ℃下搅拌反应20 min，其中乙醇、水、氨水、正硅酸乙酯的体积比为100:2:4:1；加入0.16 g/L的钴铁氧体颗粒，搅拌30 min；并引入0.25 g/L步骤2)制备的碳球，搅拌12 h，60 ℃干燥10 h，制备SiO2-CoFe2O4-碳球复合物SCC；
5) 通过溶胶-凝胶法将钛酸丁酯水解成TiO2溶胶，并通过搅拌将其负载到步骤4)制备的SCC微球表面，所述钛酸丁酯和SCC的质量比为10:1；
6) 在450 ℃下煅烧步骤5)制备的复合微球4 h，获得可磁性回收的中空状TiO2-SiO2-CoFe2O4纳米光催化材料TSC。
图1中列出了实施例1制备的可磁性回收的中空状TiO2-SiO2-CoFe2O4纳米光催化材料的透射电镜图。可以看到本发明呈中空状。
图2中列出了实施例1制备的可磁性回收的中空状TiO2-SiO2-CoFe2O4纳米光催化材料的磁滞回线。可以表明本发明含有一定磁性能，在外加磁场的作用下可便于回收。
图3中列出了实施例1制备的可磁性回收的中空状TiO2-SiO2-CoFe2O4纳米光催化材料在紫外光下降解亚甲基蓝的效果图，可见本发明的光催化效果较好。
实施例2：
1) 将0.05 g/mL的葡萄糖溶液通过水热合成法在水热温度200 ℃下水热4 h，制备成碳球；
2) 配制0.003 g/mL 的NaCl溶液，加入聚甲基二烯丙基氯化铵，即PDDA，备成0.1 wt.% PDDA溶液，加入上述步骤1)得到的产物并搅拌60 min后过滤，得到碳球-PDDA；配制0.003 g/mL 的NaCl溶液，加入聚苯乙烯磺酸钠，即PSS，制备成0.05 wt.% PSS溶液，加入碳球-PDDA并搅拌30 min后过滤，制得碳球-(PDDA-PSS)；将碳球-(PDDA-PSS)加入到上述PDDA溶液中，制备碳球-(PDDA-PSS-PDDA)颗粒，最终使得碳球表面分布均匀的正电荷；
3) 将0.045 g/mL FeCl3·6H2O和0.02 g/mL CoCl2·6H2O溶解到乙二醇中，其中FeCl3·6H2O与CoCl2·6H2O的摩尔比为2:1；然后将尿素和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入到溶液中常温搅拌至形成棕色溶液，尿素的浓度为0.021 g/mL，PVP的浓度为0.0017 g/mL；将溶液转移至反应釜中在180 ℃下水热反应20 h，制备钴铁氧体颗粒；
4) 在乙醇、水和氨水的混合溶液中加入正硅酸乙酯，40 ℃下搅拌反应20 min，其中乙醇、水、氨水、正硅酸乙酯的体积比为100:2:4:1；加入0.04 g/L的钴铁氧体颗粒，搅拌30 min；并引入0.06 g/L步骤2)制备的碳球，搅拌12 h， 100 ℃干燥10 h，制备SiO2-CoFe2O4-碳球复合物SCC；
5) 通过溶胶-凝胶法将钛酸丁酯水解成TiO2溶胶，并通过搅拌将其负载到步骤4）制备的SCC微球表面，所述钛酸丁酯和SCC的质量比为5:1；
6) 在650 ℃下煅烧步骤5)制备的复合微球4 h，获得可磁性回收的中空状TiO2-SiO2-CoFe2O4纳米光催化材料TSC。
实施例3
1) 将0.5 g/mL的葡萄糖溶液通过水热合成法在水热温度150 ℃下水热12 h，制备成碳球；
2) 配制0.005 g/mL 的NaCl溶液，加入聚甲基二烯丙基氯化铵，即PDDA，制备成0.2 wt.% PDDA溶液，加入上述步骤1)得到的产物并搅拌60 min后过滤，得到碳球-PDDA；配制0.005 g/mL 的NaCl溶液，加入聚苯乙烯磺酸钠，即PSS，制备成0.1 wt.% PSS溶液，加入碳球-PDDA并搅拌30 min后过滤，制得碳球-(PDDA-PSS)；将碳球-(PDDA-PSS)加入到上述PDDA溶液中，制备碳球-(PDDA-PSS-PDDA)颗粒，最终使得碳球表面分布均匀的正电荷；
3) 将0.405 g/mL FeCl3·6H2O和0.18 g/mL CoCl2·6H2O溶解到乙二醇中，其中FeCl3·6H2O与CoCl2·6H2O的摩尔比为2:1；然后将尿素和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入到溶液中常温搅拌至形成棕色溶液，尿素的浓度为0.187 g/mL，PVP的浓度为0.015 g/mL；将溶液转移至反应釜中在180 ℃下水热反应20 h，制备钴铁氧体颗粒；
4) 在乙醇、水和氨水的混合溶液中加入正硅酸乙酯，40 ℃下搅拌反应20 min，其中乙醇、水、氨水、正硅酸乙酯的体积比为100:2:4:1；加入0.4 g/L的钴铁氧体颗粒，搅拌30 min；并引入0.6 g/L步骤2)制备的碳球，搅拌12 h，80 ℃干燥10 h，制备SiO2-CoFe2O4-碳球复合物SCC；
5) 通过溶胶-凝胶法将钛酸丁酯水解成TiO2溶胶，并通过搅拌将其负载到步骤4)制备的SCC微球表面，所述钛酸丁酯和SCC的质量比为20:1；
6) 在350 ℃下煅烧步骤5)制备的复合微球4 h，获得可磁性回收的中空状TiO2-SiO2-CoFe2O4纳米光催化材料TSC。
实施例4
1) 将0.45 g/mL的葡萄糖溶液通过水热合成法在水热温度180 ℃下水热6 h，制备成碳球；
2) 配制0.004 g/mL 的NaCl溶液，加入聚甲基二烯丙基氯化铵，即PDDA，制备成0.2 wt.% PDDA溶液，加入上述步骤1)得到的产物并搅拌60 min后过滤，得到碳球-PDDA；配制0.004 g/mL 的NaCl溶液，加入聚苯乙烯磺酸钠，即PSS，制备成0.1 wt.% PSS溶液，加入碳球-PDDA并搅拌30 min后过滤，制得碳球-(PDDA-PSS)；将碳球-(PDDA-PSS)加入到上述PDDA溶液中，制备碳球-(PDDA-PSS-PDDA)颗粒，最终使得碳球表面分布均匀的正电荷；
3) 将0.09 g/mL FeCl3·6H2O和0.04 g/mL CoCl2·6H2O溶解到乙二醇中，其中FeCl3·6H2O与CoCl2·6H2O的摩尔比为2:1；然后将尿素和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入到溶液中常温搅拌至形成棕色溶液，尿素的浓度为0.0242 g/mL，PVP的浓度为0.0034 g/mL；将溶液转移至反应釜中在180℃下水热反应20 h，制备钴铁氧体颗粒；
4) 乙醇、水和氨水的混合溶液中加入正硅酸乙酯，40 ℃下搅拌反应20 min，其中乙醇、水、氨水、正硅酸乙酯的体积比为100:2:4:1；加入0.08 g/L的钴铁氧体颗粒，搅拌30 min；并引入0.12 g/L步骤2)制备的碳球，搅拌12 h，80 ℃干燥10 h，制备SiO2-CoFe2O4-碳球复合物SCC；
5) 通过溶胶-凝胶法将钛酸丁酯水解成TiO2溶胶，并通过搅拌将其负载到步骤4)制备的SCC微球表面，所述钛酸丁酯和SCC的质量比为15:1；
6) 在550 ℃下煅烧步骤5)制备的复合微球4 h，获得可磁性回收的中空状TiO2-SiO2-CoFe2O4纳米光催化材料TSC。
实施例5
1) 将0.35 g/mL的葡萄糖溶液通过水热合成法在水热温度180 ℃下水热8 h，制备成碳球；
2) 配制0.006 g/mL 的NaCl溶液，加入聚甲基二烯丙基氯化铵，即PDDA，制备成0.2 wt.% PDDA溶液，加入上述步骤1)得到的产物并搅拌60 min后过滤，得到碳球-PDDA；配制0.006 g/mL 的NaCl溶液，加入聚苯乙烯磺酸钠，即PSS，制备成0.1 wt.% PSS溶液，加入碳球-PDDA并搅拌30 min后过滤，制得碳球-(PDDA-PSS)；将碳球-(PDDA-PSS)加入到上述PDDA溶液中，制备碳球-(PDDA-PSS-PDDA)颗粒，最终使得碳球表面分布均匀的正电荷；
3) 将0.270 g/mL FeCl3·6H2O和0.12 g/mL CoCl2·6H2O溶解到乙二醇中，其中FeCl3·6H2O与CoCl2·6H2O的摩尔比为2:1；然后将尿素和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入到溶液中常温搅拌至形成棕色溶液，尿素的浓度为0.126 g/mL，PVP的浓度为0.01 g/mL；将溶液转移至反应釜中在180 ℃下水热反应20 h，制备钴铁氧体颗粒；
4) 在乙醇、水和氨水的混合溶液中加入正硅酸乙酯，40 ℃下搅拌反应20 min，其中乙醇、水、氨水、正硅酸乙酯的体积比为100:2:4:1；加入0.32 g/L的钴铁氧体颗粒，搅拌30 min；并引入0.5 g/L步骤2)制备的碳球，搅拌12 h，60 ℃干燥10 h，制备SiO2-CoFe2O4-碳球复合物SCC；
5) 通过溶胶-凝胶法将钛酸丁酯水解成TiO2溶胶，并通过搅拌将其负载到步骤4)制备的SCC微球表面，所述钛酸丁酯和SCC的质量比为10:1；
6) 在450 ℃下煅烧步骤5)制备的复合微球4 h，获得可磁性回收的中空状TiO2-SiO2-CoFe2O4纳米光催化材料TSC。
实施例6
1) 将0.15 g/mL的葡萄糖溶液通过水热合成法在水热温度180 ℃下水热4~12 h，制备成碳球；
2) 配制0.006 g/mL 的NaCl溶液，加入聚甲基二烯丙基氯化铵，即PDDA，制备成0.2 wt.% PDDA溶液，加入上述步骤1)得到的产物并搅拌60 min后过滤，得到碳球-PDDA；配制0.006 g/mL 的NaCl溶液，加入聚苯乙烯磺酸钠，即PSS，制备成0.1 wt.% PSS溶液，加入碳球-PDDA并搅拌30 min后过滤，制得碳球-(PDDA-PSS)；将碳球-(PDDA-PSS)加入到上述PDDA溶液中，制备碳球-(PDDA-PSS-PDDA)颗粒，最终使得碳球表面分布均匀的正电荷；
3) 将0.18 g/mL FeCl3·6H2O和0.08 g/mL CoCl2·6H2O溶解到乙二醇中，其中FeCl3·6H2O与CoCl2·6H2O的摩尔比为2:1；然后将尿素和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入到溶液中常温搅拌至形成棕色溶液，尿素的浓度为0.084 g/mL，PVP的浓度为0.0068 g/mL；将溶液转移至反应釜中在180 ℃下水热反应20 h，制备钴铁氧体颗粒；
4) 在乙醇、水和氨水的混合溶液中加入正硅酸乙酯，40 ℃下搅拌反应20 min，其中乙醇、水、氨水、正硅酸乙酯的体积比为100:2:4:1；加入0.12 g/L的钴铁氧体颗粒，搅拌30 min；并引入0.24 g/L步骤2)制备的碳球，搅拌12 h，60 ℃干燥10 h，制备SiO2-CoFe2O4-碳球复合物SCC；
5) 通过溶胶-凝胶法将钛酸丁酯水解成TiO2溶胶，并通过搅拌将其负载到步骤4)制备的SCC微球表面，所述钛酸丁酯和SCC的质量比为10:1；
6) 在450 ℃下煅烧步骤5)制备的复合微球4 h，获得可磁性回收的中空状TiO2-SiO2-CoFe2O4纳米光催化材料TSC。
本发明通过调节碳球模板的尺寸和钴铁氧体的添加量可以实现中空状TiO2-SiO2-CoFe2O4纳米光催化材料TSC尺寸和磁性可控的制备；同时中空结构密度小，比表面积高的优势拓宽了材料的工业应用价值。利用此方法制备的TSC纳米材料有望满足不同领域对于材料性能的差异性要求。同时，本发明制备的TSC材料具有较好的光催化活性，并且可以通过外加磁场的作用利用磁分离技术回收进行再生利用，因而将具有及其重要的使用价值。
以上是本发明的思路及实施方法，具体应用途径很多，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种可磁性回收的中空状TiO2-SiO2-CoFe2O4纳米光催化材料，包括形貌及组成物质，其特征在于：所述形貌为中空状结构，组成物质为磁性颗粒、SiO2以及TiO2，磁性颗粒被SiO2包覆，最外层为TiO2包覆层。
2. 一种权利要求1所述纳米光催化材料的制备方法，其特征在于由以下步骤制备而成：
1) 将葡萄糖溶液通过水热合成法制备成碳球；
2)利用聚甲基二烯丙基氯化铵和聚苯乙烯磺酸钠改性步骤1）的碳球，使其表面沉积正电荷，得到碳球-(PDDA-PSS-PDDA)；
3)制备钴铁氧体颗粒；
4) 在乙醇、水和氨水的混合溶液中加入正硅酸乙酯，搅拌反应，其中乙醇、水、氨水、正硅酸乙酯的体积比为100:2:4:1；加入0.04~0.4 g/L的钴铁氧体颗粒，搅拌；引入0.06~0.6 g/L步骤2)制备的碳球-(PDDA-PSS-PDDA)，搅拌干燥，制得SiO2-CoFe2O4-碳球复合物SCC；
5) 通过溶胶-凝胶法将钛酸丁酯水解成TiO2溶胶，并通过搅拌将其负载到步骤4)制备的SCC微球表面，所述钛酸丁酯和SCC的质量比为5:1~20:1；
6) 在350~650 ℃下煅烧步骤5)制备的复合微球4 h，获得可磁性回收的中空状TiO2-SiO2-CoFe2O4纳米光催化材料。
3.根据权利要求2所述的纳米光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1）的具体过程为：将0.05~0.5 g/mL的葡萄糖溶液通过水热合成法在水热温度150~200 ℃下水热4~12 h，制备成碳球。
4.根据权利要求2或3所述的纳米光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2）的具体过程为：配制0.003~0.006 g/mL 的NaCl溶液，加入聚甲基二烯丙基氯化铵，即PDDA，制备成0.1~0.2 wt.% PDDA溶液，加入上述步骤1)得到的产物并搅拌60 min后过滤，得到碳球-PDDA；配制0.003~0.006 g/mL 的NaCl溶液，加入聚苯乙烯磺酸钠，即PSS，制备成0.05~0.1 wt.% PSS溶液，加入碳球-PDDA并搅拌30 min后过滤，制得碳球-(PDDA-PSS)；将碳球-(PDDA-PSS)加入到上述PDDA溶液中，制备碳球-(PDDA-PSS-PDDA)颗粒。
5.根据权利要求2或3所述的纳米光催化材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3）的具体过程为： 将0.045~0.405 g/mL FeCl3·6H2O和0.02~0.18 g/mL CoCl2·6H2O溶解到乙二醇中，其中FeCl3·6H2O与CoCl2·6H2O的摩尔比为2:1；然后将尿素和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入到溶液中常温搅拌至形成棕色溶液，尿素的浓度为0.021~0.187 g/mL，PVP的浓度为0.0017~0.015 g/mL；将溶液转移至反应釜中在180℃下水热反应20 h，制备钴铁氧体颗粒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2013100682947A CN103143359A (zh) | 2013-03-05 | 2013-03-05 | 一种可磁性回收的中空状TiO2-SiO2-CoFe2O4纳米光催化材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2013100682947A CN103143359A (zh) | 2013-03-05 | 2013-03-05 | 一种可磁性回收的中空状TiO2-SiO2-CoFe2O4纳米光催化材料及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103143359A true CN103143359A (zh) | 2013-06-12 |
Family
ID=48541835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2013100682947A Pending CN103143359A (zh) | 2013-03-05 | 2013-03-05 | 一种可磁性回收的中空状TiO2-SiO2-CoFe2O4纳米光催化材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103143359A (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105536690A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-05-04 | 苏州冠达磁业有限公司 | 一种纳米颗粒包覆复合锰锌铁氧体的制备方法 |
| CN105855539A (zh) * | 2016-04-13 | 2016-08-17 | 安徽大学 | 一种用于光催化领域的CoFe2芯CoFe2O4壳层纳米结构的构筑方法 |
| CN109330989A (zh) * | 2018-09-29 | 2019-02-15 | 西北大学 | 一种用于微波可控药物缓释的花状纳米载体及制备方法 |
| CN110385128A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-10-29 | 浙江工业大学 | 铁掺杂TiO2-SiO2复合气凝胶及其制备方法与应用 |
| CN110911623A (zh) * | 2019-11-06 | 2020-03-24 | 电子科技大学 | 一种锂硫电池隔膜用铁酸铋@二氧化钛复合材料及制备方法 |
| CN112458485A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-03-09 | 杭州肄康新材料有限公司 | 一种CoFe2O4/F-Ag2MoO4复合材料的制备方法 |
| CN112892487A (zh) * | 2021-01-19 | 2021-06-04 | 广州华晟科创科技发展有限公司 | 一种复合抗菌型空气净化剂及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1772363A (zh) * | 2004-11-11 | 2006-05-17 | 中国科学院化学研究所 | 用模板法制备中空球和复合中空球的方法 |
| CN102302933A (zh) * | 2011-06-23 | 2012-01-04 | 常州大学 | 磁性氧化物空心微球/二氧化钛复合光催化剂的制备方法 |
| CN102671645A (zh) * | 2012-04-20 | 2012-09-19 | 北京化工大学 | 多元复合金属氧化物纳米空心球及其制备方法 |
-
2013
- 2013-03-05 CN CN2013100682947A patent/CN103143359A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1772363A (zh) * | 2004-11-11 | 2006-05-17 | 中国科学院化学研究所 | 用模板法制备中空球和复合中空球的方法 |
| CN102302933A (zh) * | 2011-06-23 | 2012-01-04 | 常州大学 | 磁性氧化物空心微球/二氧化钛复合光催化剂的制备方法 |
| CN102671645A (zh) * | 2012-04-20 | 2012-09-19 | 北京化工大学 | 多元复合金属氧化物纳米空心球及其制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 周长: "模板法制备过渡金属氧化物空心微球及其性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》 * |
| 杨朝晖: "基于重氮基高分子的层层自组装，复合微球及空心球", 《中国博士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》 * |
| 苑红磊: "铁氧体纳米结构（空心）微球的合成及磁性研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》 * |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105536690A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-05-04 | 苏州冠达磁业有限公司 | 一种纳米颗粒包覆复合锰锌铁氧体的制备方法 |
| CN105536690B (zh) * | 2015-12-23 | 2018-04-17 | 苏州冠达磁业有限公司 | 一种纳米颗粒包覆复合锰锌铁氧体的制备方法 |
| CN105855539A (zh) * | 2016-04-13 | 2016-08-17 | 安徽大学 | 一种用于光催化领域的CoFe2芯CoFe2O4壳层纳米结构的构筑方法 |
| CN105855539B (zh) * | 2016-04-13 | 2020-09-01 | 安徽大学 | 一种用于光催化领域的CoFe2芯CoFe2O4壳层纳米结构的构筑方法 |
| CN109330989A (zh) * | 2018-09-29 | 2019-02-15 | 西北大学 | 一种用于微波可控药物缓释的花状纳米载体及制备方法 |
| CN109330989B (zh) * | 2018-09-29 | 2020-12-01 | 西北大学 | 一种用于微波可控药物缓释的花状纳米载体及制备方法 |
| CN110385128A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-10-29 | 浙江工业大学 | 铁掺杂TiO2-SiO2复合气凝胶及其制备方法与应用 |
| CN110385128B (zh) * | 2019-06-28 | 2022-03-18 | 浙江工业大学 | 铁掺杂TiO2-SiO2复合气凝胶及其制备方法与应用 |
| CN110911623A (zh) * | 2019-11-06 | 2020-03-24 | 电子科技大学 | 一种锂硫电池隔膜用铁酸铋@二氧化钛复合材料及制备方法 |
| CN112458485A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-03-09 | 杭州肄康新材料有限公司 | 一种CoFe2O4/F-Ag2MoO4复合材料的制备方法 |
| CN112892487A (zh) * | 2021-01-19 | 2021-06-04 | 广州华晟科创科技发展有限公司 | 一种复合抗菌型空气净化剂及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103143359A (zh) | 一种可磁性回收的中空状TiO2-SiO2-CoFe2O4纳米光催化材料及其制备方法 | |
| CN105056929B (zh) | 一种具有空心微球状的石墨烯/二氧化钛复合材料及其制备方法 | |
| Fu et al. | Anatase TiO2 nanolayer coating on cobalt ferrite nanoparticles for magnetic photocatalyst | |
| Xu et al. | Insights into promoted adsorption capability of layered BiOCl nanostructures decorated with TiO2 nanoparticles | |
| Iida et al. | Titanium dioxide hollow microspheres with an extremely thin shell | |
| JP5809210B2 (ja) | 中空コアと多孔性シェル層とを有する金属酸化物複合体及びその製造方法 | |
| Cheng et al. | Anatase nanocrystals coating on silica-coated magnetite: role of polyacrylic acid treatment and its photocatalytic properties | |
| Fu et al. | Preparation and photocatalytic characteristics of core-shell structure TiO2/BaFe12O19 nanoparticles | |
| CN106378093B (zh) | 一种磁性空心石墨烯基复合微球材料的制备方法及其应用 | |
| Fu et al. | Anatase TiO2 nanolayer coating on strontium ferrite nanoparticles for magnetic photocatalyst | |
| CN108772092B (zh) | 一种Ag3PO4/g-C3N4复合管状纳米粉体及其制备方法 | |
| CN103172030A (zh) | 氧化物粉体及其制备方法、催化剂、以及催化剂载体 | |
| Hongfei et al. | Porous TiO2-coated magnetic core-shell nanocomposites: preparation and enhanced photocatalytic activity | |
| CN104759273B (zh) | 一种原位碳掺杂中空二氧化钛可见光催化剂的制备方法 | |
| CN107983415B (zh) | 一种以微孔淀粉为模板的蜂窝状TiO2多孔微球及其制备方法 | |
| CN102600907A (zh) | 一种聚吡咯敏化的中空状二氧化钛纳米光催化剂及其制备方法 | |
| CN1562464A (zh) | 磁性纳米TiO2复合光催化剂及其制备方法 | |
| CN104117339B (zh) | 用于吸附染料的吸附剂的制备方法及其应用方法 | |
| CN103127886A (zh) | 一种中空状磁性介孔SiO2纳米材料及其制备方法 | |
| Zhang et al. | Synthesis and photocatalytic performance of recyclable core-shell mesoporous Fe3O4@ Bi2WO6 nanoparticles | |
| CN105731535A (zh) | 一种氧化锌/二氧化钛复合纳米材料的制备方法 | |
| CN106582592B (zh) | 一种球形核壳型TiO2/TiO2材料及其制备方法 | |
| CN102718256B (zh) | 粒径可调的二氧化钛微球的制备方法 | |
| Wang et al. | Removal of Congo Red from Wastewater Using ZnO/MgO Nanocomposites as Adsorbents: Equilibrium Isotherm Analyses, Kinetics and Thermodynamic Studies | |
| CN102718255B (zh) | 一种二氧化钛空心纳米结构的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130612 |