CN104528800A - 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 - Google Patents

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Abstract

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，属于功能材料领域。利用K1.33Mn8O16纳米线为反应前驱体，在Ce(NO3)3水溶液中水热处理K1.33Mn8O16纳米线，可制得CeO2纳米晶负载于K1.33Mn8O16纳米线表面的CeO2/K1.33Mn8O16复合结构纳米线；选用表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为K1.33Mn8O16纳米线表面的异相成核调节试剂，并改变Ce(NO3)3水溶液浓度水热处理K1.33Mn8O16纳米线，又可合成出CeO2纳米管状结构材料。所得产品在污水处理领域具有较好的应用前景。

Description

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
技术领域
本发明涉及一种以固态前驱物K1.33Mn8O16纳米线水热可控选择性制备CeO2/K1.33Mn8O16复合结构纳米线以及CeO2纳米管结构的方法，属于功能材料领域，该方法证实了稀土金属氧化物CeO2负载于K1.33Mn8O16纳米线表面以及K1.33Mn8O16纳米线模板制备稀土金属氧化物CeO2纳米管结构的可操作性，所获得的CeO2纳米管除具备吸附有机染料刚果红的性能以外，也展现出了光还原六价铬(Cr(VI))离子的优秀能力。
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。锰元素在地球上储量丰富、易于获得，因此锰基氧化物成为污水处理材料的研究热点。CeO2是典型的光催化剂，但是CeO2纳米晶由于是一种非平衡态的材料，表面能较高，易于团聚，极大降低光催化活性。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、无机污染物的高效吸附或光降解移除。因此，通过合成空心结构进一步提高材料的比表面积，或合成复合一维材料构建活性界面，使CeO2负载于纳米线上，避免CeO2纳米晶的团聚，对于增强其对有机染料的移除能力至关重要。
本发明中，通过控制反应条件，能够可控合成CeO2/K1.33Mn8O16复合结构纳米线以及CeO2纳米管结构。其中合成CeO2纳米管结构过程中发现表面活性剂分子在K1.33Mn8O16纳米线表面的吸附能够与CeO2纳米晶粒在K1.33Mn8O16纳米线表面的异相成核结晶形成一种竞争的关系，通过调节表面活性剂十二烷基苯磺酸钠的浓度，可以调节CeO2纳米晶在K1.33Mn8O16纳米线表面的结晶动力学，进而调节K1.33Mn8O16纳米线硬模板的溶解速率和CeO2纳米晶在K1.33Mn8O16纳米线表面的异相成核生长速率，使二者达到一种动力学平衡，从而获得了一种依据有机大分子并利用纳米线硬模板制备纳米管的新机制。
发明内容
本发明的目的是提供CeO2/K1.33Mn8O16复合结构纳米线以及CeO2纳米管结构的制备方法，利于批量制备在水处理领域和催化领域具有广泛应用前景的CeO2纳米材料以及锰基氧化物或二者的复合结构，可大大降低成本，提高效率，实际意义重大，利用获得的CeO2纳米管结构吸附移除200mg/L的刚果红染料和紫外光还原100mg/L重铬酸钾(含有六价的Cr)测试表明，其具有良好的污水处理性能。
本发明需要解决的是通过简便的反应参数控制而选择性可控合成CeO2/K1.33Mn8O16复合结构纳米线及CeO2纳米管空心结构，从而提高反应效率，降低成本，以便大批量合成。
可控合成CeO2/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0.02-0.05mol/L的Ce(NO3)3溶液水热处理K1.33Mn8O16纳米线，水热处理温度为170-200℃，处理时间为18-26小时，制得CeO2纳米晶负载于K1.33Mn8O16纳米线表面的CeO2/K1.33Mn8O16复合结构纳米线。K1.33Mn8O16纳米线与Ce(NO3)3溶液体积的用量关系不大，优选K1.33Mn8O16纳米线与Ce(NO3)3溶液的用量关系(0.03-0.06)g：10ml。
可控合成CeO2纳米管结构的方法，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Ce(NO3)3溶液水热处理K1.33Mn8O16纳米线，水热处理前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K1.33Mn8O16纳米线前驱体的质量比为(0.05-0.2)：(0.03-0.05)，水热处理温度为170-200℃，处理时间为36-45小时，制得CeO2纳米管。K1.33Mn8O16纳米线与Ce(NO3)3溶液体积的用量关系不大，优选K1.33Mn8O16纳米线与Ce(NO3)3溶液的用量关系(0.03-0.06)g：10ml。
表面活性剂SDBS可以通过苯磺酸基基团吸附于K1.33Mn8O16纳米线材料的表面，调节表面活性剂的浓度，可以使SDBS分子在K1.33Mn8O16纳米线表面的吸附与CeO2纳米晶在K1.33Mn8O16纳米线表面的异相成核结晶生长过程存在某种动态平衡：过高浓度的SDBS会导致CeO2纳米晶无法在K1.33Mn8O16纳米线表面异相成核生长，进而K1.33Mn8O16纳米线无法完成对于支撑CeO2纳米管生长的模板化作用；过低浓度的SDBS尽管利于CeO2纳米晶在K1.33Mn8O16纳米线表面的沉积，但是会导致CeO2纳米管空心结构在生长过程的严重硬团聚。本发明可通过调节表面活性剂浓度以及Ce(NO3)3水溶液浓度实现对CeO2/K1.33Mn8O16复合结构纳米线以及CeO2纳米管空心结构这两种结构的可控选择性制备。
本发明所得CeO2纳米管空心结构及CeO2/K1.33Mn8O16复合结构纳米线用于吸附有机染料或用于紫外光还原六价铬。
本发明的有益效果是：本发明的制备方法所得的产品结构、形貌可控，可重复性好，操作简单，成本低。上述优点使得CeO2纳米管空心结构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CeO2纳米管空心结构及CeO2/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：CeO2/K1.33Mn8O16复合结构纳米线的扫描电镜图；
图4：CeO2/K1.33Mn8O16复合结构纳米线的透射电镜图；
图5：CeO2纳米管空心结构的扫描电镜图；
图6：CeO2纳米管空心结构的透射电镜图；
图7：CeO2纳米管用于吸附有机染料刚果红的性能曲线(以200mg/L刚果红水溶液为例，其中CeO2纳米管与刚果红水溶液的用量关系0.05g：60ml)
图8：CeO2纳米管用于紫外光还原六价铬(Cr(VI))的性能曲线(以100mg/L重铬酸钾水溶液为例，CeO2纳米管与重铬酸钾水溶液的用量关系0.05g：60ml)。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
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0.2g，反应温度为140℃，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0.02mol/L的Ce(NO3)3溶液10ml水热处理0.03gK1.33Mn8O16纳米线，水热处理温度为170℃，处理时间为20小时，制得CeO2/K1.33Mn8O16复合结构纳米线；当Ce(NO3)3水溶液浓度增大至0.1mol/L，并向溶液中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K1.33Mn8O16纳米线前驱体的质量比为0.1：0.03，水热处理温度为170℃，处理时间为36小时，制得CeO2纳米管。
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0.2g，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0.03mol/L的Ce(NO3)3溶液10ml水热处理0.03gK1.33Mn8O16纳米线，水热处理温度为170℃，处理时间为20小时，制得CeO2/K1.33Mn8O16复合结构纳米线；当Ce(NO3)3水溶液浓度增大至0.15mol/L，并向溶液中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K1.33Mn8O16纳米线前驱体的质量比为0.1：0.03，水热处理温度为170℃，处理时间为36小时，制得CeO2纳米管。
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0.3g和NH4F为0.2g，反应温度为140℃，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0.015mol/L的Ce(NO3)3溶液10ml水热处理0.05gK1.33Mn8O16纳米线，水热处理温度为170℃，处理时间为24小时，制得CeO2/K1.33Mn8O16复合结构纳米线；当Ce(NO3)3水溶液浓度增大至0.1mol/L，并向溶液中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K1.33Mn8O16纳米线前驱体的质量比为0.1：0.05，水热处理温度为170℃，处理时间为45小时，制得CeO2纳米管。
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0.3g和NH4F为0.2g，反应温度为140℃，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0.02mol/L的Ce(NO3)3溶液10ml水热处理0.05gK1.33Mn8O16纳米线，水热处理温度为180℃，处理时间为20小时，制得CeO2/K1.33Mn8O16复合结构纳米线；当Ce(NO3)3水溶液浓度增大至0.1mol/L，并向溶液中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K1.33Mn8O16纳米线前驱体的质量比为0.1：0.05，水热处理温度为180℃，处理时间为45小时，制得CeO2纳米管。
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0.3g和NH4F为0.2g，反应温度为140℃，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0.02mol/L的Ce(NO3)3溶液水10ml热处理0.06gK1.33Mn8O16纳米线，水热处理温度为200℃，处理时间为24小时，制得CeO2/K1.33Mn8O16复合结构纳米线；当Ce(NO3)3水溶液浓度增大至0.1mol/L，并向溶液中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K1.33Mn8O16纳米线前驱体的质量比为0.1：0.06，水热处理温度为200℃，处理时间为45小时，制得CeO2纳米管。
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 (6)

1.可控合成CeO2/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0.02-0.05mol/L的Ce(NO3)3溶液水热处理K1.33Mn8O16纳米线，水热处理温度为170-200℃，处理时间为18-26小时，制得CeO2纳米晶负载于K1.33Mn8O16纳米线表面的CeO2/K1.33Mn8O16复合结构纳米线。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，K1.33Mn8O16纳米线与Ce(NO3)3溶液的用量关系(0.03-0.06)g：10ml。
3.可控合成CeO2纳米管结构的方法，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Ce(NO3)3溶液水热处理K1.33Mn8O16纳米线，水热处理前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K1.33Mn8O16纳米线前驱体的质量比为(0.05-0.2)：(0.03-0.05)，水热处理温度为170-200℃，处理时间为36-45小时，制得CeO2纳米管。
4.按照权利要求3的方法，其特征在于，K1.33Mn8O16纳米线与Ce(NO3)3溶液的用量关系(0.03-0.06)g：10ml。
5.CeO2纳米管和CeO2纳米晶负载于K1.33Mn8O16纳米线表面的CeO2/K1.33Mn8O16复合结构纳米线。
6.CeO2纳米管用于吸附有机染料或用于紫外光还原六价铬。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105797715A (zh) * 2016-05-24 2016-07-27 吉林省电力科学研究院有限公司 负载型锰铈复合氧化物纳米线催化剂的制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5382673B2 (ja) * 2006-04-25 2014-01-08 独立行政法人物質・材料研究機構 酸化セリウムナノチューブ及びその製造方法
CN101920984A (zh) * 2010-08-11 2010-12-22 中国科学院合肥物质科学研究院 具有高比表面和高催化活性的介孔CeO2纳米管的制备方法
CN102636534B (zh) * 2012-04-01 2014-04-16 中国科学院合肥物质科学研究院 多孔氧化铈纳米管阵列电极的制备方法及其对过氧化氢的检测
CN103288139B (zh) * 2013-05-08 2014-11-26 北京工业大学 制备α-Fe2O3空心结构及α-Fe2O3/K1.33Mn8O16纳米线的方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105797715A (zh) * 2016-05-24 2016-07-27 吉林省电力科学研究院有限公司 负载型锰铈复合氧化物纳米线催化剂的制备方法
CN105797715B (zh) * 2016-05-24 2018-04-17 吉林省电力科学研究院有限公司 负载型锰铈复合氧化物纳米线催化剂的制备方法

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