CN103288139B - 制备α-Fe2O3空心结构及α-Fe2O3/K1.33Mn8O16纳米线的方法 - Google Patents

制备α-Fe2O3空心结构及α-Fe2O3/K1.33Mn8O16纳米线的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103288139B
CN103288139B CN201310167480.6A CN201310167480A CN103288139B CN 103288139 B CN103288139 B CN 103288139B CN 201310167480 A CN201310167480 A CN 201310167480A CN 103288139 B CN103288139 B CN 103288139B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nano wire
fe2o3
alpha
nanowire
hollow structure
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.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201310167480.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103288139A (zh
Inventor
王金淑
吴俊书
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Technology
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CN201310167480.6A priority Critical patent/CN103288139B/zh
Publication of CN103288139A publication Critical patent/CN103288139A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103288139B publication Critical patent/CN103288139B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Catalysts (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

制备α-Fe2O3空心结构及α-Fe2O3/K1.33Mn8O16纳米线的方法，属于功能材料领域。利用K1.33Mn8O16纳米线为反应前驱体，在Fe(NO3)3水溶液中水热处理K1.33Mn8O16纳米线，选用十二烷基苯磺酸钠（SDBS）作为K1.33Mn8O16纳米线的表面保护试剂，合成出α-Fe2O3空心结构；若不选用SDBS，则α-Fe2O3纳米晶在K1.33Mn8O16纳米线的表面异相成核结晶生长，得到α-Fe2O3/K1.33Mn8O16复合结构纳米线。这两种材料针对偶氮染料刚果红的吸附移除均表现出了高活性，并具有良好的循环使用性能。

Description

制备α-Fe2O3空心结构及α-Fe2O3/K1.33Mn8O16纳米线的方法
技术领域
本发明涉及以同一种固态前驱物K1.33Mn8O16纳米线水热可控制备α-Fe2O3空心结构及α-Fe2O3/K1.33Mn8O16复合结构纳米线的方法，属于功能材料领域。 
技术背景
当前，寻找价格低廉、容易合成的微尺度材料应用于污水处理尤为迫切。铁、锰两种元素在地球上储量丰富、易于获得，因此铁基氧化物以及锰基氧化物成为污水处理材料的研究热点。研究表明，这两类氧化物均能够通过物理、化学或两者结合的作用方式实现污水中有机、无机污染物的高效移除。尤其是对于印染工业中的有色染料，基于纳米尺度下这两种氧化物表面丰富的不饱和金属离子以及羟基基团，能够实现较好的移除效果。因此，通过合成空心结构进一步提高材料的比表面积，或合成复合材料构建活性界面对于增强其对有机染料的移除能力至关重要。 
当前，通过一步反应分别可控合成α-Fe2O3空心结构、以及α-Fe2O3/K1.33Mn8O16复合结构纳米线未见报道，若能通过简便地控制反应条件，可控得到在水处理领域具有广泛应用前景的铁基氧化物以及锰基氧化物或二者的复合结构，则可大大降低成本，提高效率，实际意义重大。 
发明内容
本发明需要解决的是通过简便的反应参数控制而一步可控合成α-Fe2O3空心结构以及α-Fe2O3/K1.33Mn8O16复合结构纳米线，从而提高反应效率，降低成本，利于大批量合成。 
可控合成α-Fe2O3空心结构的方法，其特征在于，包括以下步骤： 
（1）首先水热处理高锰酸钾（KMnO4）和氟化铵（NH4F）得到K1.33Mn8O16纳 米线，KMnO4和NH4F的质量比为（0.3-0.5）：（0.2-0.4），反应温度为140-160℃，反应时间为2-4小时； 
（2）利用步骤（1）得到的K1.33Mn8O16纳米线为反应前驱物，用浓度为0.1-0.3mol/L的Fe(NO3)3溶液水热处理K1.33Mn8O16纳米线，加入表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）与KMnO4的质量比为（0.05-0.2）：（0.3-0.5），水热处理温度为170-200℃，处理时间为24-36小时，制得α-Fe2O3空心结构。 
所述步骤（2）中，用相同摩尔浓度的十二烷基磺酸钠（SDS）替换SDBS，同样得到α-Fe2O3空心结构。 
可控合成α-Fe2O3/K1.33Mn8O16复合结构纳米线的方法，其特征在于，包括以下步骤： 
（1）首先水热处理高锰酸钾（KMnO4）和氟化铵（NH4F）得到K1.33Mn8O16纳米线，KMnO4和NH4F的质量比为（0.3-0.5）：（0.2-0.4），反应温度为140-160℃，反应时间为2-4小时； 
（2）利用步骤（1）得到的K1.33Mn8O16纳米线为反应前驱物，用浓度为0.05-0.2mol/L的Fe(NO3)3溶液水热处理K1.33Mn8O16纳米线，水热处理温度为140-170℃，处理时间为18-24小时，制得α-Fe2O3/K1.33Mn8O16复合结构纳米线。 
表面活性剂可以通过亲水或亲油基团吸附于纳米材料的表面，从而阻止表面的异相成核结晶生长。本发明通过选用十二烷基苯磺酸钠SDBS修饰K1.33Mn8O16纳米线表面，可以阻止α-Fe2O3在纳米线表面的异相成核结晶，K1.33Mn8O16纳米线完全反应溶解的同时制得高纯α-Fe2O3空心结构；相反，不添加SDBS，则α-Fe2O3纳米晶在K1.33Mn8O16纳米线表面成核生长，得到α-Fe2O3/K1.33Mn8O16复合结构纳米线（α-Fe2O3负载在K1.33Mn8O16纳米线上所得 的α-Fe2O3/K1.33Mn8O16复合结构纳米线）。两者对工业染料刚果红均具有较好的吸附移除效果，以80mg/L的刚果红溶液为例，两者经5min的吸附时间就可实现刚果红的快速移除（图7a,b），对于40mg/L、120mg/L、200mg/L刚果红溶液同样具有很好的移除效果，不过对于高浓度的刚果红溶液（如200mg/L）α-Fe2O3空心结构的移除效果优于α-Fe2O3/K1.33Mn8O16复合结构纳米线（图7c,d）。经3次循环使用后制得的这两种材料仍然对80mg/L的刚果红溶液具有很好的吸附移除性能（图8），因此，在水处理领域展现出巨大的应用潜力。 
本发明的有益效果是：本发明的制备方法中产品结构、形貌可控，可重复性好，操作简单，成本低。上述优点使得合成的α-Fe2O3空心结构以及α-Fe2O3/K1.33Mn8O16复合结构纳米线在污水处理领域具有较好的应用前景。 
附图说明
图1：合成的α-Fe2O3空心结构以及α-Fe2O3/K1.33Mn8O16复合结构纳米线的X射线衍射图； 
图2：K1.33Mn8O16纳米线前驱体的扫描电镜图； 
图3：α-Fe2O3空心结构的扫描电镜图； 
图4：α-Fe2O3空心结构的透射电镜图； 
图5：α-Fe2O3/K1.33Mn8O16复合结构纳米线的扫描电镜图； 
图6：α-Fe2O3/K1.33Mn8O16复合结构纳米线的透射电镜图； 
图7：α-Fe2O3空心结构以及α-Fe2O3/K1.33Mn8O16复合结构纳米线对刚果红的吸附移除效果。（a、b）α-Fe2O3空心结构以及α-Fe2O3/K1.33Mn8O16复合结构纳米线对80mg/L刚果红溶液的吸附移除效果；（c、d）α-Fe2O3空心结构以及α-Fe2O3/K1.33Mn8O16复合结构纳米线对40mg/L、120mg/L、200mg/L刚果红溶液的吸附移除的刚果红浓度变化曲线； 
图8：α-Fe2O3空心结构以及α-Fe2O3/K1.33Mn8O16复合结构纳米线对80mg/L刚果红溶液吸附的三次循环使用效果。 
具体实施方式
实施例1 
（1）首先水热处理高锰酸钾（KMnO4）和氟化铵（NH4F）得到K1.33Mn8O16纳米线。KMnO4为0.3g和NH4F为0.3g，反应温度为160℃，反应时间为4小时。 
（2）利用步骤（1）得到的K1.33Mn8O16纳米线为反应前驱物，用浓度为0.1-0.3mol/L的Fe(NO3)3溶液水热处理K1.33Mn8O16纳米线，加入表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）0.05g，水热处理温度为170℃，处理时间为24小时，制得α-Fe2O3空心结构。 
（3）利用步骤（1）得到的K1.33Mn8O16纳米线为反应前驱物，用浓度为0.05mol/L的Fe(NO3)3溶液水热处理K1.33Mn8O16纳米线，水热处理温度为140℃，处理时间为18小时，制得α-Fe2O3/K1.33Mn8O16复合结构纳米线。 
实施例2： 
（1）首先水热处理高锰酸钾（KMnO4）和氟化铵（NH4F）得到K1.33Mn8O16纳米线。KMnO4为0.4g和NH4F为0.3g，反应温度为150℃，反应时间为2小时。 
（2）利用步骤（1）得到的K1.33Mn8O16纳米线为反应前驱物，用浓度为0.2mol/L的Fe(NO3)3溶液水热处理K1.33Mn8O16纳米线，加入表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）0.1g，水热处理温度为180℃，处理时间为30小时，制得α-Fe2O3空心结构。 
（3）利用步骤（1）得到的K1.33Mn8O16纳米线为反应前驱物，用浓度为0.1mol/L的Fe(NO3)3溶液水热处理K1.33Mn8O16纳米线，水热处理温度为150℃，处理时间为20小时，制得α-Fe2O3/K1.33Mn8O16复合结构纳米线。 
实施例3： 
（1）首先水热处理高锰酸钾（KMnO4）和氟化铵（NH4F）得到K1.33Mn8O16纳米线。KMnO4为0.5g和NH4F为0.2g，反应温度为140℃，反应时间为3小时。 
（2）利用步骤（1）得到的K1.33Mn8O16纳米线为反应前驱物，用浓度为0.3mol/L的Fe(NO3)3溶液水热处理K1.33Mn8O16纳米线，加入表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）0.2g，水热处理温度为190℃，处理时间为36小时，制得α-Fe2O3空心结构。 
（3）利用步骤（1）得到的K1.33Mn8O16纳米线为反应前驱物，用浓度为0.2mol/L的Fe(NO3)3溶液水热处理K1.33Mn8O16纳米线，水热处理温度为160℃，处理时间为18-24小时，制得α-Fe2O3/K1.33Mn8O16复合结构纳米线。 
实施例4： 
（1）首先水热处理高锰酸钾（KMnO4）和氟化铵（NH4F）得到K1.33Mn8O16纳米线。KMnO4为0.4g和NH4F为0.3g，反应温度为160℃，反应时间为3小时。 
（2）利用步骤（1）得到的K1.33Mn8O16纳米线为反应前驱物，用浓度为0.3mol/L的Fe(NO3)3溶液水热处理K1.33Mn8O16纳米线，加入表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）0.05g，水热处理温度为170℃，处理时间为24小时，制得α-Fe2O3空心结构。 
（3）利用步骤（1）得到的K1.33Mn8O16纳米线为反应前驱物，用浓度为0.1mol/L的Fe(NO3)3溶液水热处理K1.33Mn8O16纳米线，水热处理温度为160℃，处理时间为24小时，制得α-Fe2O3/K1.33Mn8O16复合结构纳米线。 
实施例5： 
（1）首先水热处理高锰酸钾（KMnO4）和氟化铵（NH4F）得到K1.33Mn8O16纳米线。KMnO4为0.4g和NH4F为0.3g，反应温度为160℃，反应时间为3小时。 
（2）利用步骤（1）得到的K1.33Mn8O16纳米线为反应前驱物，用浓度为0.2mol/L的Fe(NO3)3溶液水热处理K1.33Mn8O16纳米线，加入表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）0.1g，水热处理温度为180℃，处理时间为28小时，制得α-Fe2O3空心结构。 
（3）利用步骤（1）得到的K1.33Mn8O16纳米线为反应前驱物，用浓度为0.1mol/L的Fe(NO3)3溶液水热处理K1.33Mn8O16纳米线，水热处理温度为160℃，处理时间为24小时，制得α-Fe2O3/K1.33Mn8O16复合结构纳米线。 
实施例6： 
（1）首先水热处理高锰酸钾（KMnO4）和氟化铵（NH4F）得到K1.33Mn8O16纳米线。KMnO4为0.4g和NH4F为0.3g，反应温度为160℃，反应时间为3小时。 
（2）利用步骤（1）得到的K1.33Mn8O16纳米线为反应前驱物，用浓度为0.25mol/L的Fe(NO3)3溶液水热处理K1.33Mn8O16纳米线，加入表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）0.09g，水热处理温度为180℃，处理时间为36小时，制得α-Fe2O3空心结构。 
（3）利用步骤（1）得到的K1.33Mn8O16纳米线为反应前驱物，用浓度为0.1mol/L的Fe(NO3)3溶液水热处理K1.33Mn8O16纳米线，水热处理温度为155℃，处理时间为23小时，制得α-Fe2O3/K1.33Mn8O16复合结构纳米线。 
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (3)

1.可控合成α-Fe2O3空心结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)首先水热处理高锰酸钾(KMnO4)和氟化铵(NH4F)得到K1.33Mn8O16纳米线，KMnO4和NH4F的质量比为(0.3-0.5)：(0.2-0.4)，反应温度为140-160℃，反应时间为2-4小时；
(2)利用步骤(1)得到的K1.33Mn8O16纳米线为反应前驱物，用浓度为0.1-0.3mol/L的Fe(NO3)3溶液水热处理K1.33Mn8O16纳米线，加入表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)与KMnO4的质量比为(0.05-0.2)：(0.3-0.5)，水热处理温度为170-200℃，处理时间为24-36小时，制得α-Fe2O3空心结构。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，用相同摩尔浓度的十二烷基磺酸钠(SDS)替换SDBS。
3.可控合成α-Fe2O3/K1.33Mn8O16复合结构纳米线的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)首先水热处理高锰酸钾(KMnO4)和氟化铵(NH4F)得到K1.33Mn8O16纳米线，KMnO4和NH4F的质量比为(0.3-0.5)：(0.2-0.4)，反应温度为140-160℃，反应时间为2-4小时；
(2)利用步骤(1)得到的K1.33Mn8O16纳米线为反应前驱物，用浓度为0.05-0.2mol/L的Fe(NO3)3溶液水热处理K1.33Mn8O16纳米线，水热处理温度为140-170℃，处理时间为18-24小时，制得α-Fe2O3/K1.33Mn8O16复合结构纳米线。
CN201310167480.6A 2013-05-08 2013-05-08 制备α-Fe2O3空心结构及α-Fe2O3/K1.33Mn8O16纳米线的方法 Expired - Fee Related CN103288139B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310167480.6A CN103288139B (zh) 2013-05-08 2013-05-08 制备α-Fe2O3空心结构及α-Fe2O3/K1.33Mn8O16纳米线的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310167480.6A CN103288139B (zh) 2013-05-08 2013-05-08 制备α-Fe2O3空心结构及α-Fe2O3/K1.33Mn8O16纳米线的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103288139A CN103288139A (zh) 2013-09-11
CN103288139B true CN103288139B (zh) 2014-11-26

Family

ID=49089754

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310167480.6A Expired - Fee Related CN103288139B (zh) 2013-05-08 2013-05-08 制备α-Fe2O3空心结构及α-Fe2O3/K1.33Mn8O16纳米线的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103288139B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104528800B (zh) * 2014-12-28 2016-04-06 北京工业大学 一种制备CeO2/K1.33Mn8O16复合结构纳米线以及CeO2纳米管结构的方法
CN106783196B (zh) * 2016-11-11 2019-12-24 中山大学 一种多面体三氧化二铁纳米材料的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0630856A1 (en) * 1993-06-28 1994-12-28 SANIMET S.p.A. Process for removing iron and manganese from acid solutions of zinc salts
CN101318709A (zh) * 2008-06-25 2008-12-10 华东理工大学 一种纳米γ－Fe2O3空心磁性微球的制备方法
CN101475222A (zh) * 2009-01-22 2009-07-08 中国科学院上海硅酸盐研究所 铁氧化物空心微球及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6843830B2 (en) * 2003-04-15 2005-01-18 Advanced Technology Materials, Inc. Abatement system targeting a by-pass effluent stream of a semiconductor process tool

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0630856A1 (en) * 1993-06-28 1994-12-28 SANIMET S.p.A. Process for removing iron and manganese from acid solutions of zinc salts
CN101318709A (zh) * 2008-06-25 2008-12-10 华东理工大学 一种纳米γ－Fe2O3空心磁性微球的制备方法
CN101475222A (zh) * 2009-01-22 2009-07-08 中国科学院上海硅酸盐研究所 铁氧化物空心微球及其制备方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Superwetting nanowire membranes for selective absorption";JIKANG YUAN et al.;《nature nanotechnology》;20080530;第3卷;第332-336页 *
"纳米结构四氧化三铁空心微球的合成及磁性研究";吕庆荣等;《人工晶体学报》;20100630;第39卷(第3期);第656-659页 *
JIKANG YUAN et al.."Superwetting nanowire membranes for selective absorption".《nature nanotechnology》.2008,第3卷第332-336页. *
吕庆荣等."纳米结构四氧化三铁空心微球的合成及磁性研究".《人工晶体学报》.2010,第39卷(第3期),第656-659页. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103288139A (zh) 2013-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Hollow graphite spheres embedded in porous amorphous carbon matrices as lightweight and low-frequency microwave absorbing material through modulating dielectric loss
Cui et al. A review on recent advances in carbon-based dielectric system for microwave absorption
Dai et al. Fabrication of one-dimensional M (Co, Ni)@ polyaniline nanochains with adjustable thickness for excellent microwave absorption properties
Che et al. Synthesis of mesoporous g-C3N4/S-PAN π-conjugation heterojunction via sulfur-induced cyclization reaction for enhanced photocatalytic H2 production
Wang et al. Recent progress in MXene layers materials for supercapacitors: high‐performance electrodes
Zhang et al. Synthesis and characterization of α-MnO2 nanowires: Self-assembly and phase transformation to β-MnO2 microcrystals
Zhang et al. Facile hydrothermal synthesis of novel Bi12TiO20-Bi2WO6 heterostructure photocatalyst with enhanced photocatalytic activity
Qin et al. Photocatalytic degradation of 2-Mercaptobenzothiazole by a novel Bi2WO6 nanocubes/In (OH) 3 photocatalyst: Synthesis process, degradation pathways, and an enhanced photocatalytic performance mechanism study
Li et al. Three-dimensional P-doped porous g-C3N4 nanosheets as an efficient metal-free photocatalyst for visible-light photocatalytic degradation of Rhodamine B model pollutant
Wang et al. Structural-controlled synthesis of manganese oxide nanostructures and their electrochemical properties
Yang et al. Rapid microwave-assisted hydrothermal synthesis of Bi12TiO20 hierarchical architecture with enhanced visible-light photocatalytic activities
Wang et al. Large scale and facile synthesis of novel Z-scheme Bi2MoO6/Ag3PO4 composite for enhanced visible light photocatalyst
Zhou et al. Growth process and microwave absorption properties of nanostructured γ-MnO2 urchins
CN104117339B (zh) 用于吸附染料的吸附剂的制备方法及其应用方法
CN108579727A (zh) 一种石墨烯量子点-钨酸铋复合光催化剂及其制备方法
CN105271307B (zh) 一种普鲁士蓝衍生物Cd2[Fe(CN)6]纳米棒及其制备方法
Liu et al. Solution phase synthesis of CuO nanorods
Hao et al. In situ one-step combustion synthesis of Bi2O3/Bi2WO6 heterojunctions with notable visible light photocatalytic activities
CN103288139B (zh) 制备α-Fe2O3空心结构及α-Fe2O3/K1.33Mn8O16纳米线的方法
Lian et al. Facile preparation of BiOCl/Ti3C2 hybrid photocatalyst with enhanced visible-light photocatalytic activity
CN104759287A (zh) 一种铁掺杂的二氧化铈光催化剂及其制备方法
Liu et al. Sandwich SrTiO3/TiO2/H-Titanate nanofiber composite photocatalysts for efficient photocatalytic hydrogen evolution
CN108607584B (zh) 一种磁性复合多铋可见光催化剂Bi24O31Br10-SrFe12O19的制备方法
Chu et al. Porous NiO/ZnO flower-like heterostructures consisting of interlaced nanosheet/particle framework for enhanced photodegradation of tetracycline
Bai et al. Rapid thermal surface engineering of g-C3N4 for efficient hydrogen evolution

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20141126

Termination date: 20170508