CN108043469A - 一种Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2复合材料的制备及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2复合材料的制备及应用,属于无机材料合成技术领域。首先通过钛酸四丁酯的水解在溶剂热方法制备出的磁性Fe3O4表面形成一层TiO2外壳构成核壳结构,然后将其与C60C(COOH)2进行复合获得三元复合材料。研究该复合材料在可见光下对罗丹明B的光降解,结果表明,在温和的反应条件下将含有磁性Fe3O4纳米TiO2材料与C60C(COOH)2复合后改善了单一材料的吸附性和光催化活性,当C60C(COOH)2的负载量在1.00wt%时,其光催化降解罗丹明B的效率最高;此外,磁性Fe3O4内核的形成有利于催化剂反复循环使用,有效节约了成本。
Description
技术领域
本发明属于无机材料合成技术领域,具体涉及一种简便制备Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2三元复合材料的方法以及该复合材料在可见光下对罗丹明B降解的应用。
背景技术
光催化技术是一种在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色技术。伴随着日趋严重的环境污染,光催化材料在降解有机污染物方面已经成为研究的重点。传统处理有机污染物的方法有物理吸附法、化学氧化法、微生物处理法以及高温焚烧的方法,虽然这些方法对环境的保护与改善起到一定的作用,但是这些方法却存在着效率低、污染物分解不彻底、容易造成二次污染以及能耗高等缺点。与传统处理有机污染物的方法相比,光催化材料处理有机污染物具有更大的优势,光催化材料是将太阳能转化为化学能或电能,所以在能源的选用上更加的清洁,无污染,并且太阳能作为一种可再生资源,充分利用太阳能可以有效的缓解能源的危机。光催化材料在处理有机污染物时可以将有机污染物彻底氧化为无污染的H2O和CO2,这样也可以避免处理过程中所带来的二次污染。
在众多半导体光催化材料中,TiO2因它具有催化活性高、价格低廉、安全无毒、性质稳定、来源丰富等优点受到了越来越多的青睐。然而它的带隙较宽(3.2eV),仅在紫外光照射下才具有光催化活性。较宽的带隙正是制约半导体材料应用的因素之一,此外,在半导体光催化过程中的光生电子-空穴对复合率高,也是制约半导体材料应用一个重要的因素,因此,要想拓展半导体材料的应用,通过与其他材料的复合来改变自身所存在的缺陷是很有必要的。
自从1985年C60被发现以来,人们对C60及其衍生物的性质做了广泛的探索,C60分子是由60个碳原子组成的笼状结构,结构近似为球形32面体,由20个六元环和12个五元环构成。C60的60个碳原子都是以sp2方式杂化,使得C60自身具有独特的共轭的大π结构,使其成为很理想的电子接受体,可以促进电子的传递。因此,可以考虑将C60与半导体材料进行复合,通过C60自身的结构特点来促进光生电子的转移,从而可以有效的降低光催化过程中光生电子和空穴的复合率,来提高半导体光催化的活性。
在催化剂处理水中的有机污染物时存在一个普遍的问题,就是处理完水中有机污染物后,对于所用催化剂如何进行回收利用。常规的回收方法就是通过离心来达到分离回收的目的,但是这种方法在实际操作中存在许多问题,比如离心过程所需要的能耗比较大,此外,当离心的转速不够大时,就会出现分离不彻底的现象,这样就会造成二次污染。因此,很有必要去寻找一种新的分离方法。所以磁性回收是一种很好的选择,因为当催化剂具有磁性后,只需在外界加入强磁场就可以轻易将催化剂分离出来,这种回收方法更加的高效、快捷并且无污染。
发明内容
为了克服现有的技术不足,本发明的目的是提供一种简便制备Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2复合材料的方法以及该复合材料在可见光下对罗丹明B降解的应用,以期利用含有磁性内核的半导体纳米材料与富勒烯衍生物C60C(COOH)2的复合,促进磁性半导体在光催化过程中的光生电子和空穴的分离,从而提高其在可见光下的催化活性,同时利用磁性的内核达到回收光催化剂的效果。
为了实现上述技术目的,本发明是通过以下技术方案予以实现的。
本发明提供了一种制备Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2复合材料的方法,包括以下步骤:
第一步反应是在在无水无氧的条件下,富勒烯溶于新蒸甲苯中,加入溴代丙二酸二乙酯和1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯,搅拌反应20min制备富勒烯丙二酸二乙酯,再将所得的产物富勒烯丙二酸二乙酯溶于甲苯中,加入氢化钠加热回流得到富勒烯丙二酸;
第二步反应则采用溶剂热的方法制备出磁性的四氧化三铁,用钛酸四丁酯在其表面水解形成一层二氧化钛壳,得到Fe3O4/TiO2核壳结构。
第三步反应是将C60C(COOH)2溶于甲苯中,配置成一定浓度的C60C(COOH)2甲苯溶液,将所得到的Fe3O4/TiO2复合材料与一定体积的C60C(COOH)2甲苯溶液混合,室温下搅拌12h,再将溶剂蒸干,即得到目标产物Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2复合材料。
上述Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2复合材料中C60C(COOH)2的质量分数为0.25%~1.5%。
上述Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2复合材料可作为催化剂应用在可见光下对罗丹明B的降解。当Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2复合材料中C60C(COOH)2的质量分数为1%时,降解效果最好。
本发明的科学原理:
本文采用具有独特的共轭大π结构,理想的电子受体性,光照下可以促进电子转移,从而达到光生电子和空穴分离目的的富勒烯衍生物C60C(COOH)2来与半导体纳米材料的复合,来提高单一半导体纳米材料的吸附性和光催化活性,最终在催化降解结束后利用磁性内核来达到回收光催化剂,反复使用,节约经济成本的效果。
与现有技术相比,本发明具有以下技术效果:
1、制备工艺较简单,原材料用量较少;反应条件比较温和。
2、利用半导体TiO2纳米材料与富勒烯衍生物C60C(COOH)2复合,促进了光生电子和空穴的分离,有效提高了半导体TiO2纳米材料的吸附性和光催化活性。
3、拓展了半导体TiO2纳米材料在可见光范围的吸收,发展了新型可见光催化剂。
4、利用复合材料的磁性回收催化剂,减少排放,实现材料的循环多次反复利用。
附图说明
图1为Fe3O4和实施例7所制备的Fe3O4/TiO2以及按照实施例7、8、9、10、11、12制备的不同质量分数Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2复合材料的X射线粉末衍射(XRD)图;
图中(a)为纯Fe3O4、(b)为Fe3O4/TiO2、(c)为Fe3O4/TiO2/0.25wt%C60C(COOH)2、(d)为Fe3O4/TiO2/0.50wt%C60C(COOH)2、(e)为Fe3O4/TiO2/0.75wt%C60C(COOH)2、(f)为Fe3O4/TiO2/1.00wt%C60C(COOH)2、(g)为Fe3O4/TiO2/1.25wt%C60C(COOH)2、(h)为Fe3O4/TiO2/1.50wt%C60C(COOH)2。
图2为实施例10所制备的Fe3O4/TiO2/1.00wt%C60C(COOH)2复合材料的高分辨透射电镜(HRTEM)图。
图3为实施例7所制备的Fe3O4/TiO2和实施例7、8、9、10、11、12制备的不同质量分数Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2复合材料的电化学阻抗(EIS)图。
图4为实施例7所制备的Fe3O4/TiO2和实施例7、8、9、10、11、12制备的不同质量分数Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2复合材料在可见光下对罗丹明B的降解效果图。
具体实施方式
本发明的实质特点和显著效果可以从下述的实施例中得以体现,但它们并不对本发明作任何限制,本领域的技术人员根据本发明的内容做出一些非本质的改进和调整,均属于本发明的保护范围。下面通过具体实施方式对本发明作进一步的说明,其中实施例中反应产物X射线粉末衍射仪(XRD)使用Philips X’Pert PRO型;形貌经场发射高分辨透射电镜(JEM-2100,Japan)测定;电化学实验全部在上海辰华仪器公司组装的CHI660D电化学工作站上完成;紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)用Hitachi UV-4100紫外可见吸收光谱仪测定。
一、本发明Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2复合材料的制备方法
实施例1
称取0.2g富勒烯粉末,溶于200mL的甲苯中,搅拌1h,使富勒烯充分溶解,然后依次加入47μL溴代丙二酸二乙酯和120μL催化剂1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯,搅拌反应1h,反应结束后将溶液旋蒸干,然后选用石油醚和甲苯的混合溶剂(体积比=2.5:1)为展开剂,进行柱分离,获得产物富勒烯丙二酸二乙酯。称取100mg合成好的富勒烯丙二酸二乙酯,溶于50mL甲苯中,加入40mg NaH,在60℃下搅拌反应5h,反应结束后依次用甲苯、硫酸、二次水进行洗涤,即可得到目标产物C60C(COOH)2。
接着称取1.350g FeCl3·6H2O(5mmol),4.27g NaAc(50mmol),以及0.4000g作为表面活性剂的柠檬酸钠,溶于70mL乙二醇中,于160℃下搅拌反应1.5h,形成均匀黑色溶液。之后转移至反应釜中,置于恒温烘箱中于180℃反应20h,干燥,产物使用乙醇清洗,即可得到Fe3O4颗粒。接着称取50mg Fe3O4溶解于120mL乙醇和乙腈的混合溶液(体积比=3:1)中,超声分散,加入0.3mL氨水,最后于搅拌下加入0.8mL钛酸四丁酯,反应2h后磁铁分离,并用乙醇和乙腈清洗后烘干。最后称取产物50mg,溶解于50mL乙醇水混合溶液(体积比=3:1)中,加入1mL氨水,转移至100mL反应釜中,于140℃下反应25h,产物用乙醇和水清洗后于50℃下干燥15h,得到目标产物Fe3O4/TiO2纳米材料。
称取5mg C60C(COOH)2溶于100mL的甲苯中,配置成50mg/L的C60C(COOH)2甲苯溶液,接着称取50mg的Fe3O4/TiO2复合材料加入到2.5mL C60C(COOH)2甲苯溶液中,室温下搅拌10h,干燥后,即得C60C(COOH)2质量分数为0.25%的Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2三元复合材料。
实施例2
Fe3O4/TiO2纳米材料的制备方式同实施例1。50mg/L C60C(COOH)2甲苯溶液配制也同实施例1。
称取50mg的Fe3O4/TiO2复合材料加入到5.0mL C60C(COOH)2甲苯溶液中,室温下搅拌12h,干燥后,即得C60C(COOH)2的质量分数为0.5%的Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2三元复合材料。
实施例3
Fe3O4/TiO2纳米材料的制备方式同实施例1。50mg/L C60C(COOH)2甲苯溶液配制也同实施例1。
称取50mg的Fe3O4/TiO2复合材料分别加入到7.5mL的C60C(COOH)2甲苯溶液中,室温下搅拌14h,干燥后,即得C60C(COOH)2的质量分数为0.75%、的Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2三元复合材料。
实施例4
Fe3O4/TiO2纳米材料的制备方式同实施例1。50mg/L C60C(COOH)2甲苯溶液配制也同实施例1。
称取50mg的Fe3O4/TiO2复合材料加入到10.0mL C60C(COOH)2甲苯溶液中,室温下搅拌16h,干燥后,即得C60C(COOH)2的质量分数为1.0%的Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2三元复合材料。
实施例5
Fe3O4/TiO2纳米材料的制备方式同实施例1。50mg/L C60C(COOH)2甲苯溶液配制也同实施例1。
称取50mg的Fe3O4/TiO2复合材料加入到12.5mL C60C(COOH)2甲苯溶液中,室温下搅拌18h,干燥后,即得C60C(COOH)2的质量分数为1.25%的Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2三元复合材料。
实施例6
Fe3O4/TiO2纳米材料的制备方式同实施例1。50mg/L C60C(COOH)2甲苯溶液配制也同实施例1。
称取50mg的Fe3O4/TiO2复合材料加入到15mL C60C(COOH)2甲苯溶液中,室温下搅拌20h,干燥后,即得C60C(COOH)2的质量分数为1.5%的Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2三元复合材料。
实施例7
称取0.2g富勒烯粉末,溶于200mL的甲苯中,搅拌0.5h,使富勒烯充分溶解,然后依次加入47μL溴代丙二酸二乙酯和120μL催化剂1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯,搅拌反应30min,反应结束后将溶液旋蒸干,然后选用石油醚和甲苯的混合溶剂(体积比=3:1)为展开剂,进行柱分离,获得产物富勒烯丙二酸二乙酯。称取100mg合成好的富勒烯丙二酸二乙酯,溶于50mL甲苯中,加入40mg NaH,在80℃下搅拌反应3h,反应结束后依次用甲苯、硫酸、二次水进行洗涤,即可得到目标产物C60C(COOH)2。
接着称取1.350g FeCl3·6H2O(5mmol),4.27g NaAc(50mmol),以及0.4000g作为表面活性剂的柠檬酸钠,溶于70mL乙二醇中,于170℃下搅拌反应1h,形成均匀黑色溶液。之后转移至反应釜中,置于恒温烘箱中于200℃反应16h,干燥,产物使用乙醇清洗,即可得到Fe3O4颗粒。接着称取50mg Fe3O4溶解于120mL乙醇和乙腈的混合溶液(体积比=3:1)中,超声分散,加入0.5mL氨水,最后于搅拌下加入1mL钛酸四丁酯,反应1.5h后磁铁分离,并用乙醇和乙腈清洗后烘干。最后称取产物50mg,溶解于60mL乙醇水混合溶液(体积比=3:1)中,加入2mL氨水,转移至100mL反应釜中,于160℃下反应20h,产物用乙醇和水清洗后于60℃下干燥12h,得到目标产物Fe3O4/TiO2纳米材料。
称取5mg C60C(COOH)2溶于100mL的甲苯中,配置成50mg/L的C60C(COOH)2甲苯溶液,接着称取50mg的Fe3O4/TiO2复合材料加入到2.5mL C60C(COOH)2甲苯溶液中,室温下搅拌10h,干燥后,即得C60C(COOH)2质量分数为0.25%的Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2三元复合材料。
实施例8
Fe3O4/TiO2纳米材料的制备方式同实施例7。50mg/L C60C(COOH)2甲苯溶液配制也同实施例7。
称取50mg的Fe3O4/TiO2复合材料加入到5.0mL C60C(COOH)2甲苯溶液中,室温下搅拌12h,干燥后,即得C60C(COOH)2的质量分数为0.5%的Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2三元复合材料。
实施例9
Fe3O4/TiO2纳米材料的制备方式同实施例7。50mg/L C60C(COOH)2甲苯溶液配制也同实施例7。
称取50mg的Fe3O4/TiO2复合材料分别加入到7.5mL的C60C(COOH)2甲苯溶液中,室温下搅拌14h,干燥后,即得C60C(COOH)2的质量分数为0.75%、的Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2三元复合材料。
实施例10
Fe3O4/TiO2纳米材料的制备方式同实施例7。50mg/L C60C(COOH)2甲苯溶液配制也同实施例7
称取50mg的Fe3O4/TiO2复合材料加入到10.0mL C60C(COOH)2甲苯溶液中,室温下搅拌16h,干燥后,即得C60C(COOH)2的质量分数为1.0%的Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2三元复合材料。
实施例11
Fe3O4/TiO2纳米材料的制备方式同实施例7。50mg/L C60C(COOH)2甲苯溶液配制也同实施例7。
称取50mg的Fe3O4/TiO2复合材料加入到12.5mL C60C(COOH)2甲苯溶液中,室温下搅拌18h,干燥后,即得C60C(COOH)2的质量分数为1.25%的Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2三元复合材料。
实施例12
Fe3O4/TiO2纳米材料的制备方式同实施例7。50mg/L C60C(COOH)2甲苯溶液配制也同实施例7。
称取50mg的Fe3O4/TiO2复合材料加入到15mL C60C(COOH)2甲苯溶液中,室温下搅拌20h,干燥后,即得C60C(COOH)2的质量分数为1.5%的Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2三元复合材料。
实施例13
称取0.2g富勒烯粉末,溶于200mL的甲苯中,搅拌1.5h,使富勒烯充分溶解,然后依次加入47μL溴代丙二酸二乙酯和120μL催化剂1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯,搅拌反应1h,反应结束后将溶液旋蒸干,然后选用石油醚和甲苯的混合溶剂(体积比=3.5:1)为展开剂,进行柱分离,获得产物富勒烯丙二酸二乙酯。称取100mg合成好的富勒烯丙二酸二乙酯,溶于50mL甲苯中,加入45mg NaH,在90℃下搅拌反应2.5h,反应结束后依次用甲苯、硫酸、二次水进行洗涤,即可得到目标产物C60C(COOH)2。
接着称取1.485g FeCl3·6H2O(5.5mmol),4.27g NaAc(50mmol),以及0.4000g作为表面活性剂的柠檬酸钠,溶于80mL乙二醇中,于180℃下搅拌反应0.5h,形成均匀黑色溶液。之后转移至反应釜中,置于恒温烘箱中于220℃反应12h,干燥,产物使用乙醇清洗,即可得到Fe3O4颗粒。接着称取50mg Fe3O4溶解于120mL乙醇和乙腈的混合溶液(体积比=3:1)中,超声分散,加入0.7mL氨水,最后于搅拌下加入1.2mL钛酸四丁酯,反应1h后磁铁分离,并用乙醇和乙腈清洗后烘干。最后称取产物50mg,溶解于70mL乙醇水混合溶液(体积比=3:1)中,加入2.5mL氨水,转移至100mL反应釜中,于180℃下反应15h,产物用乙醇和水清洗后于70℃下干燥10h,得到目标产物Fe3O4/TiO2纳米材料。
称取5mg C60C(COOH)2溶于100mL的甲苯中,配置成50mg/L的C60C(COOH)2甲苯溶液,接着称取50mg的Fe3O4/TiO2复合材料加入到2.5mL C60C(COOH)2甲苯溶液中,室温下搅拌10h,干燥后,即得C60C(COOH)2质量分数为0.25%的Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2三元复合材料。
实施例14
Fe3O4/TiO2纳米材料的制备方式同实施例13。50mg/L C60C(COOH)2甲苯溶液配制也同实施例13。
称取50mg的Fe3O4/TiO2复合材料加入到5.0mL C60C(COOH)2甲苯溶液中,室温下搅拌12h,干燥后,即得C60C(COOH)2的质量分数为0.5%的Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2三元复合材料。
实施例15
Fe3O4/TiO2纳米材料的制备方式同实施例13。50mg/L C60C(COOH)2甲苯溶液配制也同实施例13。
称取50mg的Fe3O4/TiO2复合材料分别加入到7.5mL的C60C(COOH)2甲苯溶液中,室温下搅拌14h,干燥后,即得C60C(COOH)2的质量分数为0.75%、的Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2三元复合材料。
实施例16
Fe3O4/TiO2纳米材料的制备方式同实施例13。50mg/L C60C(COOH)2甲苯溶液配制也同实施例13。
称取50mg的Fe3O4/TiO2复合材料加入到10.0mL C60C(COOH)2甲苯溶液中,室温下搅拌16h,干燥后,即得C60C(COOH)2的质量分数为1.0%的Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2三元复合材料。
实施例17
Fe3O4/TiO2纳米材料的制备方式同实施例13。50mg/L C60C(COOH)2甲苯溶液配制也同实施例13。
称取50mg的Fe3O4/TiO2复合材料加入到12.5mL C60C(COOH)2甲苯溶液中,室温下搅拌18h,干燥后,即得C60C(COOH)2的质量分数为1.25%的Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2三元复合材料。
实施例18
Fe3O4/TiO2纳米材料的制备方式同实施例13。50mg/L C60C(COOH)2甲苯溶液配制也同实施例13。
称取50mg的Fe3O4/TiO2复合材料加入到15mL C60C(COOH)2甲苯溶液中,室温下搅拌20h,干燥后,即得C60C(COOH)2的质量分数为1.5%的Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2三元复合材料。
实施例19
称取0.2g富勒烯粉末,溶于200mL的甲苯中,搅拌1h,使富勒烯充分溶解,然后依次加入47μL溴代丙二酸二乙酯和120μL催化剂1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯,搅拌反应0.5h,反应结束后将溶液旋蒸干,然后选用石油醚和甲苯的混合溶剂(体积比=3:1)为展开剂,进行柱分离,获得产物富勒烯丙二酸二乙酯。称取100mg合成好的富勒烯丙二酸二乙酯,溶于50mL甲苯中,加入34mg NaH,在75℃下搅拌反应4h,反应结束后依次用甲苯、硫酸、二次水进行洗涤,即可得到目标产物C60C(COOH)2。
接着称取1.620g FeCl3·6H2O(6mmol),4.27g NaAc(50mmol),以及0.4000g作为表面活性剂的柠檬酸钠,溶于60mL乙二醇中,于175℃下搅拌反应0.5h,形成均匀黑色溶液。之后转移至反应釜中,置于恒温烘箱中于190℃反应18h,干燥,产物使用乙醇清洗,即可得到Fe3O4颗粒。接着称取50mg Fe3O4溶解于120mL乙醇和乙腈的混合溶液(体积比=3:1)中,超声分散,加入0.6mL氨水,最后于搅拌下加入1.0mL钛酸四丁酯,反应1.5h后磁铁分离,并用乙醇和乙腈清洗后烘干。最后称取产物50mg,溶解于65mL乙醇水混合溶液(体积比=3:1)中,加入1.5mL氨水,转移至100mL反应釜中,于170℃下反应18h,产物用乙醇和水清洗后于55℃下干燥14h,得到目标产物Fe3O4/TiO2纳米材料。
实施例20
Fe3O4/TiO2纳米材料的制备方式同实施例19。50mg/L C60C(COOH)2甲苯溶液配制也同实施例19。
称取50mg的Fe3O4/TiO2复合材料加入到5.0mL C60C(COOH)2甲苯溶液中,室温下搅拌12h,干燥后,即得C60C(COOH)2的质量分数为0.5%的Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2三元复合材料。
实施例21
Fe3O4/TiO2纳米材料的制备方式同实施例19。50mg/L C60C(COOH)2甲苯溶液配制也同实施例19。
称取50mg的Fe3O4/TiO2复合材料分别加入到7.5mL的C60C(COOH)2甲苯溶液中,室温下搅拌14h,干燥后,即得C60C(COOH)2的质量分数为0.75%、的Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2三元复合材料。
实施例22
Fe3O4/TiO2纳米材料的制备方式同实施例19。50mg/L C60C(COOH)2甲苯溶液配制也同实施例19。
称取50mg的Fe3O4/TiO2复合材料加入到10.0mL C60C(COOH)2甲苯溶液中,室温下搅拌16h,干燥后,即得C60C(COOH)2的质量分数为1.0%的Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2三元复合材料。
实施例23
Fe3O4/TiO2纳米材料的制备方式同实施例19。50mg/L C60C(COOH)2甲苯溶液配制也同实施例19。
称取50mg的Fe3O4/TiO2复合材料加入到12.5mL C60C(COOH)2甲苯溶液中,室温下搅拌18h,干燥后,即得C60C(COOH)2的质量分数为1.25%的Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2三元复合材料。
实施例24
Fe3O4/TiO2纳米材料的制备方式同实施例19。50mg/L C60C(COOH)2甲苯溶液配制也同实施例19。
称取50mg的Fe3O4/TiO2复合材料加入到15mL C60C(COOH)2甲苯溶液中,室温下搅拌20h,干燥后,即得C60C(COOH)2的质量分数为1.5%的Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2三元复合材料。
二、Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2复合材料的性能表征
采用X射线粉末衍射仪对纯Fe3O4和实施例7所制备的Fe3O4/TiO2和实施例7、8、9、10、11、12制备的不同质量分数Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2复合材料进行物相分析,如图1中所示,在2θ角为30.2°、35.4°、43.2°、53.4°、57.1°、62.6°、74.0°是磁铁矿Fe3O4(JCPDS No.19-0629)的特征峰,在2θ角为25.4°、37.9°、48.1°、54.0°、55.1°、62.7°是锐钛矿TiO2(JCPDSNo.21-1272)的衍射峰,由于复合材料中所含C60C(COOH)2的量比较少,所以未出现C60C(COOH)2的衍射峰。
采用高分辨透射电镜对实施例10所制备的Fe3O4/TiO2/1.00wt%C60C(COOH)2复合材料的形貌进行分析,从图2中可以清晰的看出Fe3O4和TiO2晶格条纹,并且在边缘处有明显的分界,分界处的薄层为C60C(COOH)2,说明富勒烯衍生物C60C(COOH)2已经成功地包覆在Fe3O4/TiO2的表面。
使用电化学工作站CHI660E对实施例7所制备的Fe3O4/TiO2以及实施例7、8、9、10、11、12所制备的不同质量分数Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2复合材料的样品进行阻抗的测定,从图3中可以看出,Fe3O4/TiO2/1.00wt%C60C(COOH)2复合材料的样品与未负载C60C(COOH)2的Fe3O4/TiO2以及其它质量分数Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2复合材料阻抗图相比,在高频区其半圆的直径明显较小,说明负载了1.00wt%C60C(COOH)2的材料电阻明显最小,这种电阻变小的结果是由于1.00wt%C60C(COOH)2与外表面的TiO2之间存在有效的促电子传递作用,进而使得该复合材料具有更高的光催化活性。
三、Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2复合材料光催化降解有机物染料罗丹明B性能的测试
实施例25
以目标产物作为光催化剂,研究其在可见光下对罗丹明B的降解效果。
先配置10mg/L的罗丹明B溶液。分别称取50mg实施例7所制备的Fe3O4/TiO2和按照实施例7、8、9、10、11、12所制备的不同质量分数Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2三元复合催化剂,再加入50mL配置好的罗丹明B溶液,超声使催化剂分散完全,在暗处机械搅拌30min,使催化剂与染料达到吸附-解吸平衡,然后在300W的氙灯下进行光催化降解罗丹明B实验,每隔固定时间用胶头滴管取出3mL,进行催化剂的分离,得到上层清液,用紫外-可见分光光度计实时检测上层清液的吸光度。测试结果如图4所示,与单独的Fe3O4/TiO2相比,负载C60C(COOH)2后,其催化效果有了显著的提高,发现C60C(COOH)2的负载量在1.00wt%时,催化效果最佳,之后随着负载量的增加其催化效果反而降低。
Claims (4)
1.一种Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2复合材料的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)C60C(COOH)2的制备
a、称取0.2g富勒烯粉末,溶于200mL的甲苯中,搅拌0.5~1.5h,使富勒烯充分溶解,然后依次加入47μL溴代丙二酸二乙酯和120μL催化剂1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯,搅拌反应0.5~1h,反应结束后将溶液旋蒸干,然后选用石油醚和甲苯混合溶剂为展开剂,进行柱分离,获得产物C60C(COOC2H5)2;
b、将C60C(COOC2H5)2溶于新蒸的甲苯中,加入过量的NaH,在60~100℃下搅拌反应2~5h,反应结束后依次用甲苯、硫酸、二次水进行洗涤,干燥后得到产物C60C(COOH)2;
(2)Fe3O4/TiO2纳米材料的制备
a、用三氯化铁、醋酸钠为原料,用柠檬酸钠为表面活性剂,加入乙二醇为溶剂,在160~180℃下机械搅拌反应0.5~1.5h,形成均匀黑色溶液;之后转移至反应釜中,置于恒温干燥箱中180~220℃下反应12~20h,产物使用乙醇清洗并干燥后得到Fe3O4纳米粒子;其中:三氯化铁与醋酸钠的摩尔比为1~1.2:10;
b、将Fe3O4纳米粒子50mg溶于120mL乙醇和乙腈的混合溶液中超声分散,接着加入0.3~0.7mL氨水和0.8~1.2mL钛酸四丁酯,反应0.5~1.5h后产物采用磁铁分离,并使用乙醇和乙腈清洗后烘干;称取产物50mg,溶解于50~70mL乙醇水混合溶液中,加入1~3mL氨水,转移至100mL反应釜中,于140~180℃下反应15~25h,产物用乙醇和水清洗后于50~70℃下干燥10~15h,得到产物Fe3O4/TiO2纳米材料;
(3)Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2复合材料的制备
将步骤(1)制备的C60C(COOH)2溶于甲苯中,配置成C60C(COOH)2甲苯溶液,再将步骤(2)制备的Fe3O4/TiO2复合材料加入到上述C60C(COOH)2甲苯溶液中,室温下搅拌10~20h,干燥后即得。
2.如权利要求1所述的Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2复合材料的制备方法,其特征在于,所述Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2复合材料中C60C(COOH)2的质量分数为0.25%~1.5%。
3.如权利要求2所述的Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2复合材料的制备方法,其特征在于,所述Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2复合材料中C60C(COOH)2的质量分数为1%。
4.如权利要求1至3任一所述的的Fe3O4/TiO2/C60C(COOH)2复合材料作为催化剂在可见光下对罗丹明B降解中的应用。
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