CN114380338B - 一种磁性氧化钴介孔纳米球的制备方法及其产品和应用 - Google Patents

一种磁性氧化钴介孔纳米球的制备方法及其产品和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN114380338B
CN114380338B CN202210087495.0A CN202210087495A CN114380338B CN 114380338 B CN114380338 B CN 114380338B CN 202210087495 A CN202210087495 A CN 202210087495A CN 114380338 B CN114380338 B CN 114380338B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cobalt oxide
magnetic
cobalt
oxide mesoporous
nanospheres
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.)
Active
Application number
CN202210087495.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114380338A (zh
Inventor
谢广新
谭彬
左良军
周贤菊
唐笑
相国涛
汪永杰
李艳虹
李世长
贺雨萌
王珏
田贻丽
张静
李建宇
张家鑫
杨江渝
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.)
Chongqing University of Post and Telecommunications
Original Assignee
Chongqing University of Post and Telecommunications
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 Chongqing University of Post and Telecommunications filed Critical Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority to CN202210087495.0A priority Critical patent/CN114380338B/zh
Publication of CN114380338A publication Critical patent/CN114380338A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114380338B publication Critical patent/CN114380338B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G51/00Compounds of cobalt
    • C01G51/04Oxides; Hydroxides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74Iron group metals
    • B01J23/75Cobalt
    • B01J35/33
    • B01J35/39
    • B01J35/40
    • B01J35/51
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/30Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/30Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation
    • C02F1/32Treatment of water, waste water, or sewage by irradiation with ultraviolet light
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/01Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/04Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/30Particle morphology extending in three dimensions
    • C01P2004/32Spheres
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/60Particles characterised by their size
    • C01P2004/62Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00Particle morphology
    • C01P2004/60Particles characterised by their size
    • C01P2004/64Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/16Pore diameter
    • C01P2006/17Pore diameter distribution
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/42Magnetic properties
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00Nature of the contaminant
    • C02F2101/30Organic compounds
    • C02F2101/34Organic compounds containing oxygen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00Nature of the contaminant
    • C02F2101/30Organic compounds
    • C02F2101/38Organic compounds containing nitrogen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2305/00Use of specific compounds during water treatment
    • C02F2305/10Photocatalysts
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/37Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Abstract

本发明涉及一种磁性氧化钴介孔纳米球的制备方法及其产品和应用,属于磁性氧化钴纳米球制备技术领域。首先通过在惰性气体(氮气或氩气)氛下将钴盐加入聚烯醇和无水碳酸钠混合溶液中进行油浴反应,然后在180~200℃下的不锈钢高压反应釜中反应36~72h,洗涤干燥即可得到磁性氧化钴介孔纳米球,本发明磁性氧化钴介孔纳米球的制备方法简单,操作容易,适于工业化的磁性氧化钴介孔纳米球制备;本发明还公开了一种磁性氧化钴介孔纳米球,该磁性氧化钴介孔纳米球的直径为400~800nm、具有分布在2~10nm之间的孔径,在催化降解藻类、绿色回收循环和吸附污染等方面具有良好的应用前景。

Description

一种磁性氧化钴介孔纳米球的制备方法及其产品和应用
技术领域
本发明属于磁性氧化钴纳米球制备技术领域,涉及一种磁性氧化钴介孔纳米球的制备方法及其产品和应用。
背景技术
纳米级材料的大小、形态和表面结构决定了其是否具有特殊的物理和化学性能,合成形貌和尺寸均一、结构可控的高纯度磁性氧化钴微结构,是研究高性能先进材料的重要发展方向。与块状氧化钴(CoO)相比,磁性纳米氧化钴具有比表面积大、尺寸小、磁性易回收等优异的物化性质,这使得它在生物医药、传感器、催化材料和环境治理等领域具有广泛的应用前景,并已成为当前磁性材料领域研究的热点。
近年来,纳米磁性氧化钴的制备方法较多,大体可分成三大类:固相法、液相法和电化学法,其中固相法包括室温固相反应法、低温固相配位化学反应法;液相法包括络合沉淀法、快速液相沉淀法、混合溶剂沉淀法等;电化学法包括电解金属直接水解法、辅助电极电沉积法。这些纳米磁性氧化钴的制备方法中有很多已经是相当的成熟,具有很强的代表性,但每一种制备方法都有一定的缺陷,都需要根据具体的研究方向选择不同的制备方法。有学者通过固相法、液相法合成形貌各异的磁性氧化钴粉末,使其具备良好的催化性能。尽管固相法制备磁性氧化钴粉末的工艺简单、产率高,但颗粒比较大,均匀性较差;电化学法制备的磁性氧化钴粉颗粒纯度高、分散性好、对环境污染也小;对实验研究而言,液相法具有反应条件易控制,所得产品纯度高,材料处理方便等优势,成为不同形貌磁性氧化钴合成研究最常用的方法。
因此有必要研究一种新的制备磁性氧化钴纳米球的方法。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的之一在于提供一种磁性氧化钴介孔纳米球的制备方法;本发明的目的之二在于提供一种磁性氧化钴介孔纳米球;本发明的目的之三在于提供一种磁性氧化钴介孔纳米球在在催化降解、绿色回收循环和处理污染方面的应用。
为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
1.一种磁性氧化钴介孔纳米球的制备方法,所述制备方法包括如下步骤:
(1)在惰性气氛下,向聚烯醇、无水碳酸钠和钴盐中加入预超声的去离子水,搅拌至乳化;
(2)继续添加聚烯醇水溶液,油浴或红外加热至70~90℃后反应18~24h;
(3)反应结束后取出加入蒸馏水溶解,在130~200℃下反应8~72h,自然冷却至室温;
(4)用蒸馏水反复洗涤至洗涤液呈中性,干燥得到黑色粉末状固体即为磁性氧化钴介孔纳米球。
优选的,步骤(1)中所述聚烯醇、无水碳酸钠和钴盐中的钴的质量摩尔比为16.0~20.0:1~2.5:0.8~1.2,g:mol:mol;
所述惰性气体为氮气或氩气中的任意一种或两种。
优选的,步骤(2)中,所述聚烯醇水溶液的浓度为0.03~0.05mol/L,其中添加的聚烯醇水溶液中的聚乙烯醇与步骤(1)中聚乙烯醇的质量比为5.0~10.0:10.0~20.0,mg:mg。
进一步优选的,所述聚烯醇为聚乙烯醇或聚丙烯醇中的任意一种。
进一步优选的,所述钴盐为三水合硝酸钴(CoNO3·3H2O)、三水合碳酸钴(CoCO3·3H2O)、五水合硫酸钴(CoSO4·5H2O)或二水合氯化钴(CoCl2·2H2O)中的任意一种或几种。
优选的,步骤(3)中,所述反应具体为:将反应物置于聚四氟乙烯内胆中,放入不锈钢高压反应釜中,密封后置于电热恒温干燥烘箱进行加热反应。
优选的,步骤(3)中,所述干燥具体为:在50~60℃下干燥6~8h。
2.根据上述制备方法制备得到的磁性氧化钴介孔纳米球。
优选的,所述磁性氧化钴介孔纳米球的直径为400~800nm,所述磁性氧化钴介孔纳米球中介孔的直径为2~10nm。
3.上述磁性氧化钴介孔纳米球在在催化降解藻类、绿色回收循环和吸附污染方面的应用。
本发明的有益效果在于:
1、本发明公开了一种磁性氧化钴介孔纳米球的制备方法,该方法首先通过在氩气气氛下将钴盐加入聚烯醇和无水碳酸钠混合溶液中进行油浴反应,然后在180~200℃下的不锈钢高压反应釜中反应36~72h,洗涤干燥即可得到磁性氧化钴介孔纳米球,本发明磁性氧化钴介孔纳米球的制备方法简单,容易操作,适于工业化的磁性氧化钴介孔纳米球制备。
2、本发明还公开了一种磁性氧化钴介孔纳米球,该磁性氧化钴介孔纳米球的直径为400~800nm、具有分布在2~10nm之间的孔径,具有循环光催化性能,在催化降解、绿色回收循环和处理污染等方面具有良好的应用前景。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述,并且在某种程度上,基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的,或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作优选的详细描述,其中:
图1为不同浓度的硝酸钴参加反应制备的磁性氧化钴介孔纳米球的扫描电镜图,其中a、b、c和d中硝酸钴的浓度分别为0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L和0.5mol/L;
图2为实施例2中三水合硝酸钴(Co(NO3)2·3H2O)的浓度增加到0.3mol/L时制备的磁性氧化钴介孔纳米球的透射电镜图;
图3为实施例2中三水合硝酸钴(Co(NO3)2·3H2O)的浓度增加到0.3mol/L时制备的磁性氧化钴介孔纳米球的XRD图谱;
图4为实施例1和实施例3中制备得到的磁性氧化钴介孔纳米球的孔径分布图,其中a、b、c和d中参加反应的钴盐分别为三水合硝酸钴、三水合碳酸钴、五水合硫酸钴和二水合氯化钴。
图5为实施例3中制备的磁性氧化钴介孔纳米球的VSM分析的磁化回线,其中a、b和c分别代表参加反应的钴盐分别为三水合碳酸钴、五水合硫酸钴和二水合氯化钴;
图6为实施例2中三水合硝酸钴(Co(NO3)2·3H2O)的浓度为0.3mol/L制备的磁性氧化钴介孔纳米球和市售氧化钴的光催化降解曲线分析对比图。
图7为实施例2中不同浓度的硝酸钴制备的磁性氧化钴介孔纳米球光催化降解甲基橙溶液循环使用图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是,以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
一种磁性氧化钴介孔纳米球的制备方法,具体的制备方法包括如下步骤:
(1)向50mL三颈瓶中加入20.0mg聚乙烯醇和0.212 0g(2mmol)无水碳酸钠,抽真空、通氩气进行置换,置换三次后使三颈瓶处于惰性气氛(氩气)下,加入3.5mL预超声的去离子水,搅拌溶解,用注射器继续加入三水合硝酸钴0.2416g(1mmol),搅拌至完全乳化;
(2)继续添加聚乙烯醇水溶液(20.0mg,1.5mL),升温至70℃后反应24h;
(3)反应结束后取出置于聚四氟乙烯内胆中,加入8mL蒸馏水溶解,然后将聚四氟乙烯内胆放入不锈钢高压反应釜中,密封后置于电热恒温干燥烘箱中,在200℃下反应48h,自然冷却至室温;
(4)取出聚四氟乙烯内胆,将反应后的产物抽滤后用蒸馏水反复洗涤至洗涤液呈中性,在60℃下干燥8h得到黑色粉末状固体即为磁性氧化钴介孔纳米球。
实施例2
按照实施例1中的方法制备磁性氧化钴介孔纳米球,将反应过程中实施例1中添加的三水合硝酸钴由1mmol分别变成1.5mmol、2.0mmol、2.5mmol、3.0mmol、3.5mmol,使参加反应的硝酸钴的浓度从实施例1中的0.2mol/L依次变成0.3mmol、0.4mmol、0.5mmol、0.6mmol、0.7mmol,其余反应条件与实施例1中相同,得到不同浓度的钴离子(Co2+)参加反应制备的磁性氧化钴介孔纳米球。
实施例3
按照实施例1中的方法制备磁性氧化钴介孔纳米球,将实施例1中添加的1.0mmol的三水合硝酸钴(CoCO3·3H2O)分别变成1.0mmol的三水合碳酸钴(CoCO3·3H2O)、1.0mmol的五水合硫酸钴(CoSO4·5H2O)和1.0mmol的二水合氯化钴(CoCl2·2H2O),其余反应条件与实施例1中相同,得到不同钴盐参加反应制备的磁性氧化钴介孔纳米球。
实施例4
按照实施例1中的方法制备磁性氧化钴介孔纳米球,将实施例1中升温至70℃后反应24h分别变成80℃下反应24h、80℃下反应20h和90℃下反应18h,其余反应条件与实施例1中相同,得到不同条件下反应制备的磁性氧化钴介孔纳米球。
实施例5
按照实施例1中的方法制备磁性氧化钴介孔纳米球,将实施例1中200℃下反应48h分别变成130℃下反应72h、150℃下反应56h、180℃下反应36h和200℃下反应8h,其余反应条件与实施例1中相同,得到不同条件下反应制备的磁性氧化钴介孔纳米球。
性能测试
对实施例中制备的磁性氧化钴介孔纳米球进行相应的性能测试,其结果如下所示:
图1为0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L、0.5mol/L浓度的硝酸钴参加反应制备的磁性氧化钴介孔纳米球的扫描电镜图,其中a、b、c和d中硝酸钴的浓度分别为0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L、0.5mol/L。从图1可以看出,随着参加反应的三水合硝酸钴(Co(NO3)2·3H2O)的浓度不同,制备的磁性氧化钴介孔纳米球形貌也发生了较大的改变:当三水合硝酸钴(Co(NO3)2·3H2O)的浓度为0.2mol L-1时,整个球体呈坍塌状态;当三水合硝酸钴(Co(NO3)2·3H2O)的浓度增加到0.3mol L-1时球体呈现均一状态(其中磁性氧化钴介孔纳米球的粒径d=390±38nm);当三水合硝酸钴(Co(NO3)2·3H2O)的浓度增加到2mol L-1时球体呈现均一状态(其中磁性氧化钴介孔纳米球的粒径d=425±49nm);当三水合硝酸钴(Co(NO3)2·3H2O)的浓度增加到0.3mol L-1时球体表面有毛刷状晶体出现,内部又一次坍缩。由此说明,在本发明制备磁性氧化钴介孔纳米球的制备过程中,钴盐中钴离子(Co2+)参加反应的浓度为0.1~0.4mol/L时能够得到呈现均一状态的球体,其中制备的磁性氧化钴介孔纳米球的粒径d为350~474nm。
图2为实施例2中三水合硝酸钴(Co(NO3)2·3H2O)的浓度增加到0.3mol/L时制备的磁性氧化钴介孔纳米球的透射电镜图。
图3为实施例2中三水合硝酸钴(Co(NO3)2·3H2O)的浓度增加到0.3mol/L时制备的磁性氧化钴介孔纳米球的XRD图谱。从图3可以看出,本发明三水合硝酸钴(Co(NO3)2·3H2O)的浓度增加到0.3mol L-1时制备的磁性氧化钴介孔纳米球的XRD图与氧化钴标准卡片一致。
图4为实施例1和实施例3中制备得到的磁性氧化钴介孔纳米球的孔径分布图,其中a、b、c和d中参加反应的钴盐分别为三水合硝酸钴(Co(NO3)2·3H2O)、三水合碳酸钴(CoCO3·3H2O)、五水合硫酸钴(CoSO4·5H2O)和二水合氯化钴(CoCl2·2H2O)。从图4可知,本发明的制备方法中,钴盐以三水合硝酸钴、三水合碳酸钴、五水合硫酸钴或二水合氯化钴的形式参加反应,制备的磁性氧化钴介孔纳米球中介孔的孔径都分布在2~10nm之间。
图5为实施例3中制备的磁性氧化钴介孔纳米球的VSM分析的磁化回线,其中a、b和c分别代表参加反应的钴盐分别为三水合碳酸钴、五水合硫酸钴和二水合氯化钴。从图5可以看出,制备磁性氧化钴介孔纳米球的过程中,钴离子(Co2+)以三水合硝酸钴(Co(NO3)2·3H2O)、三水合碳酸钴(CoCO3·3H2O)、五水合硫酸钴(CoSO4·5H2O)或二水合氯化钴(CoCl2·2H2O)的形式参加反应,制备的磁性氧化钴介孔纳米球的饱和磁化率分别为55.58emu/g、39.21emu/g、46.44emu/g,其饱和磁化强度值均足够高能满足磁分离,所有的样品均表现出了超顺磁性,这非常有利于催化剂的快速分散和磁分离。
图6为实施例2中三水合硝酸钴(Co(NO3)2·3H2O)的浓度为0.3mol/L制备的磁性氧化钴介孔纳米球和市售氧化钴的光催化0.1mol/L甲基橙溶液,降解曲线分析对比图。从图6可以看出,在波长为200~800nm的紫外-可见光照射下,市售氧化钴最高光催化降解率只有55.8%,而本发明实施例2中三水合硝酸钴(Co(NO3)2·3H2O)的浓度为0.3mol/L制备的磁性氧化钴介孔纳米球的最高光催化降解率高达98.3%以上,远远高出市售氧化钴的最高光催化降解率。主要是由于:本发明制备的磁性氧化钴介孔纳米球的表面凹凸不平,内部存在不同程度的孔洞,部分球体表面还有明显凸起的纳米级单晶体,致使介孔磁性氧化钴纳米微球具有较大的比表面积,表面产生更多的光催化反应位点,给光催化反应提供了更多的机会,进而提高光催化效率。同样的,对实施例3和实施例4中制备的磁性氧化钴介孔纳米球进行分上述的性能测试,其结果与实施例1~3中制备的磁性氧化钴介孔纳米球相似,说明本发明可以在升温至70~90℃后反应18~24h和130~200℃下反应8~72h的条件下反应制备得到直径为400~800nm、具有直径为2~10nm的介孔的磁性氧化钴介孔纳米球。
对上述制备磁性氧化钴介孔纳米球的过程进行分析,可以看出,磁性氧化钴纳米球通过定向附着生长形成球状或柱状纳米碎片,纳米碎片以自组装的方式逐步形成纳米球;温度升高有利于增大磁性氧化钴的成核速率;并以甲基橙为模拟污染物,对产物的光催化性能进行了研究,介孔磁性氧化钴纳米微球的最高光催化降解率均远大于市售氧化钴的最高光催化降解率,磁性氧化钴的光催化降解率与纳米球的比表面积、形态以及总孔体积有关
图7为a)0.2mol/L、b)0.3mol/L、c)0.4mol/L、d)0.5mol/L浓度的硝酸钴参加反应制备的磁性氧化钴介孔纳米球光催化降解0.1mol/L甲基橙溶液,循环使用图,可以看出连续吸附5次后,四种纳米球催化效率皆有所降低(仍能保持在90%以上),b,c保持较好,应该与其完整的形貌和均匀的孔结构相关。
综上所述,本发明公开了一种磁性氧化钴介孔纳米球的制备方法,该方法首先通过在氩气气氛下将钴盐加入聚烯醇和无水碳酸钠混合溶液中进行油浴反应,然后在180~200℃下的不锈钢高压反应釜中反应36~72h,洗涤干燥即可得到磁性氧化钴介孔纳米球,本发明磁性氧化钴介孔纳米球的制备方法简单,容易操作,适于工业化的磁性氧化钴介孔纳米球制备;本发明还公开了一种磁性氧化钴介孔纳米球,该磁性氧化钴介孔纳米球的直径为400~800nm、具有分布在2~10nm之间的孔径,在催化降解藻类、绿色回收循环和吸附污染等面具有良好的应用前景(在紫外-可见光照射下,市售氧化钴最高光催化降解率只有55.8%,而本发明磁性氧化钴介孔纳米球的最高光催化降解率高达98.3%以上,远远高出市售氧化钴的最高光催化降解率)。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种磁性氧化钴介孔纳米球的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括如下步骤:
(1)在惰性气氛下,向聚烯醇、无水碳酸钠和钴盐中加入预超声的去离子水,搅拌至乳化;
(2)继续添加聚烯醇水溶液,油浴或红外加热至70~90℃后反应18~24h;
(3)反应结束后取出加入蒸馏水溶解,在130~200℃下反应8~72h,自然冷却至室温;
(4)用蒸馏水反复洗涤至洗涤液呈中性,干燥得到黑色粉末状固体即为磁性氧化钴介孔纳米球;
步骤(2)中,所述聚烯醇水溶液的浓度为0.03~0.05mol/L,其中添加的聚烯醇水溶液中的聚乙烯醇与步骤(1)中聚乙烯醇的质量比为5.0~10.0:10.0~20.0,mg:mg;
所述钴盐为三水合硝酸钴、三水合碳酸钴、五水合硫酸钴或二水合氯化钴中的任意一种或几种。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述聚烯醇、无水碳酸钠和钴盐中的钴的质量摩尔比为16.0~20.0:1~2.5:0.8~1.2,g:mol:mol;
所述惰性气氛为氮气或氩气中的任意一种或两种。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述聚烯醇为聚乙烯醇或聚丙烯醇中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述反应具体为:将反应物置于聚四氟乙烯内胆中,放入不锈钢高压反应釜中,密封后置于电热恒温干燥烘箱进行加热反应。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述干燥具体为:在50~60℃下干燥6~8h。
6.根据权利要求1~5任一项所述制备方法制备得到的磁性氧化钴介孔纳米球。
7.根据权利要求6所述的磁性氧化钴介孔纳米球,其特征在于,所述磁性氧化钴介孔纳米球的直径为400~800nm,所述磁性氧化钴介孔纳米球中介孔的直径为2~10nm。
8.权利要求6~7任一项所述磁性氧化钴介孔纳米球在催化降解藻类、绿色回收循环和吸附污染方面的应用。
CN202210087495.0A 2022-01-25 2022-01-25 一种磁性氧化钴介孔纳米球的制备方法及其产品和应用 Active CN114380338B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210087495.0A CN114380338B (zh) 2022-01-25 2022-01-25 一种磁性氧化钴介孔纳米球的制备方法及其产品和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210087495.0A CN114380338B (zh) 2022-01-25 2022-01-25 一种磁性氧化钴介孔纳米球的制备方法及其产品和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114380338A CN114380338A (zh) 2022-04-22
CN114380338B true CN114380338B (zh) 2023-11-03

Family

ID=81203701

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210087495.0A Active CN114380338B (zh) 2022-01-25 2022-01-25 一种磁性氧化钴介孔纳米球的制备方法及其产品和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114380338B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115159583B (zh) * 2022-07-07 2023-05-26 重庆邮电大学 一种由类三角星自组装制备球状三氧化二铁材料的方法及其产品和应用

Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19504320C1 (de) * 1995-02-10 1996-07-25 Starck H C Gmbh Co Kg Verfahren zur Herstellung von Kobaltmetall-haltigem Kobalt(II)-Oxid sowie dessen Verwendung
US6162530A (en) * 1996-11-18 2000-12-19 University Of Connecticut Nanostructured oxides and hydroxides and methods of synthesis therefor
JP2002211930A (ja) * 2001-01-12 2002-07-31 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 中和法による酸化コバルト粒子の製造方法
CN1891635A (zh) * 2005-07-08 2007-01-10 中南大学 一种制备纳米氧化亚钴的方法
EP1792873A1 (en) * 1996-11-18 2007-06-06 The University Of Connecticut Nanostructured oxides and hydroxides and methods of synthesis therefor
CN101182043A (zh) * 2007-11-09 2008-05-21 浙江华友钴镍材料有限公司 一种制备球形氧化亚钴的方法
CN101200308A (zh) * 2007-11-09 2008-06-18 浙江华友钴镍材料有限公司 电池用四氧化三钴的制备方法
CN101428348A (zh) * 2008-07-29 2009-05-13 张建玲 一种水热处理制备球形超细金属粉末的工艺方法
CN103086369A (zh) * 2013-01-18 2013-05-08 湖南元素密码石墨烯研究院(有限合伙) 一种石墨烯/纳米四氧化三钴复合材料的制备方法
CN103342394A (zh) * 2013-07-10 2013-10-09 浙江华友钴业股份有限公司 一种连续化制备高松比氢氧化钴的方法
CN104628119A (zh) * 2015-01-04 2015-05-20 河海大学 一种钴氧化物催化高锰酸钾去除水中微污染有机物的方法
CN104787807A (zh) * 2015-05-06 2015-07-22 厦门大学 一种氧化亚钴纳米粒子的溶剂热制备方法
CN106542584A (zh) * 2016-10-19 2017-03-29 常州大学 一种富缺陷氧化钴光催化剂的制备方法
CN107572601A (zh) * 2017-09-04 2018-01-12 天津大学 一种CoO纳米材料形貌调控的合成方法
CN108383172A (zh) * 2018-05-30 2018-08-10 上海师范大学 一种四氧化三钴纳米球的制备方法
CN113509962A (zh) * 2021-08-03 2021-10-19 重庆邮电大学 毛刷状有内腔带孔纳米硅球手性催化剂的制备方法及其产品
CN113617356A (zh) * 2020-05-06 2021-11-09 中国石油化工股份有限公司 一种钴基催化剂及其制备方法和应用

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4204329B2 (ja) * 2002-01-21 2009-01-07 三洋電機株式会社 酸化物磁性材料の製造方法

Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19504320C1 (de) * 1995-02-10 1996-07-25 Starck H C Gmbh Co Kg Verfahren zur Herstellung von Kobaltmetall-haltigem Kobalt(II)-Oxid sowie dessen Verwendung
US6162530A (en) * 1996-11-18 2000-12-19 University Of Connecticut Nanostructured oxides and hydroxides and methods of synthesis therefor
EP1792873A1 (en) * 1996-11-18 2007-06-06 The University Of Connecticut Nanostructured oxides and hydroxides and methods of synthesis therefor
JP2002211930A (ja) * 2001-01-12 2002-07-31 Sumitomo Metal Mining Co Ltd 中和法による酸化コバルト粒子の製造方法
CN1891635A (zh) * 2005-07-08 2007-01-10 中南大学 一种制备纳米氧化亚钴的方法
CN101182043A (zh) * 2007-11-09 2008-05-21 浙江华友钴镍材料有限公司 一种制备球形氧化亚钴的方法
CN101200308A (zh) * 2007-11-09 2008-06-18 浙江华友钴镍材料有限公司 电池用四氧化三钴的制备方法
CN101428348A (zh) * 2008-07-29 2009-05-13 张建玲 一种水热处理制备球形超细金属粉末的工艺方法
CN103086369A (zh) * 2013-01-18 2013-05-08 湖南元素密码石墨烯研究院(有限合伙) 一种石墨烯/纳米四氧化三钴复合材料的制备方法
CN103342394A (zh) * 2013-07-10 2013-10-09 浙江华友钴业股份有限公司 一种连续化制备高松比氢氧化钴的方法
CN104628119A (zh) * 2015-01-04 2015-05-20 河海大学 一种钴氧化物催化高锰酸钾去除水中微污染有机物的方法
CN104787807A (zh) * 2015-05-06 2015-07-22 厦门大学 一种氧化亚钴纳米粒子的溶剂热制备方法
CN106542584A (zh) * 2016-10-19 2017-03-29 常州大学 一种富缺陷氧化钴光催化剂的制备方法
CN107572601A (zh) * 2017-09-04 2018-01-12 天津大学 一种CoO纳米材料形貌调控的合成方法
CN108383172A (zh) * 2018-05-30 2018-08-10 上海师范大学 一种四氧化三钴纳米球的制备方法
CN113617356A (zh) * 2020-05-06 2021-11-09 中国石油化工股份有限公司 一种钴基催化剂及其制备方法和应用
CN113509962A (zh) * 2021-08-03 2021-10-19 重庆邮电大学 毛刷状有内腔带孔纳米硅球手性催化剂的制备方法及其产品

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CoO 纳米粒子的制备及催化性能初探;关荐伊 等;《河北师范大学学报(自然科学)》;第23卷(第1期);90-93 *
Room Temperature Ferromagnetism in Vacuum-Annealed CoO Nanospheres;Guijin Yang et al.;《J. Phys. Chem. C》;第114卷;摘要、第21989页右栏第2段、Figure 2 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114380338A (zh) 2022-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20200148548A1 (en) Method for prepareing copper-nickel cobaltate nanowire and application thereof
CN110467731B (zh) 一种稳定超薄介孔金属有机框架材料的制备方法
CN112038648B (zh) 一种中空结构过渡金属钴、氮共掺杂炭氧还原催化剂及其制备方法和应用
WO2019109830A1 (zh) 一种复合钼酸盐空心微球的制备方法及其应用
CN105060351B (zh) 一种由纳米颗粒组成的花状四氧化三钴材料及其制备方法
CN110665484B (zh) 一种协同生长的自支撑介孔金属有机框架材料的制备方法
CN114380338B (zh) 一种磁性氧化钴介孔纳米球的制备方法及其产品和应用
CN113398944B (zh) 钒酸铋表面修饰钴酸镍尖晶石的复合材料及其制备和应用
CN108947813B (zh) 一步溶剂热法制备二维mof材料的工艺
CN111115694B (zh) 一种中空Co-Fe LDH材料的制备方法
CN108314089A (zh) 一种多孔花状α-Fe2O3 自组装纳米材料的合成方法
CN102001698B (zh) 一种氧化铟介孔纳米球的制备方法
CN113736094B (zh) 一种分级多孔zif-9的合成方法
CN107935047B (zh) 一种不同形貌和尺寸的纳米二氧化锰的控制合成方法
CN110449597A (zh) 一种链状铁纳米线及其制备方法
CN101759232B (zh) 纳米纤维织构的多孔二氧化锰及其制备方法
CN106571464A (zh) 一种镍钴铝镁复合氢氧化物及其制备方法和应用
Jiang et al. A simple and general route to prepare functional mesoporous double-metal oxy (hydroxide)
CN109616626B (zh) 一种碳包覆四氧化三铁纳米晶的低温宏量制备方法
Park et al. Unprecedented porosity transformation of hierarchically porous TiO2 derived from Ti-Oxo clusters
CN111229240B (zh) 铁酸铋催化剂及其制备方法和用途
CN111732129B (zh) 一种通过氧气辅助双氢氧化物自组装薄层层状结构的制备方法及其应用
CN109133185B (zh) 大比表面积α-Fe2O3中空多孔微球的制备方法
CN115011127B (zh) 一种生物质基MOFs@ppy复合薄膜材料的制备及其应用
CN116948206B (zh) 一种精准调控zif-8材料形貌的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant