CN115385383A - 一种性能可调控的FeS2纳米材料及其制备方法和应用 - Google Patents
一种性能可调控的FeS2纳米材料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115385383A CN115385383A CN202211126451.0A CN202211126451A CN115385383A CN 115385383 A CN115385383 A CN 115385383A CN 202211126451 A CN202211126451 A CN 202211126451A CN 115385383 A CN115385383 A CN 115385383A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fes
- ball milling
- preparation
- heat treatment
- powder
- 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 24
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 title claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 69
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 35
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 35
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 23
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 claims description 9
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 claims description 9
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 8
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 6
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 3
- JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L peroxydisulfate Chemical compound [O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 15
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 12
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 8
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 8
- 229910052683 pyrite Inorganic materials 0.000 description 8
- NIFIFKQPDTWWGU-UHFFFAOYSA-N pyrite Chemical compound [Fe+2].[S-][S-] NIFIFKQPDTWWGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000011028 pyrite Substances 0.000 description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 6
- -1 iron ions Chemical class 0.000 description 5
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 5
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 5
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 229960005404 sulfamethoxazole Drugs 0.000 description 4
- JLKIGFTWXXRPMT-UHFFFAOYSA-N sulphamethoxazole Chemical compound O1C(C)=CC(NS(=O)(=O)C=2C=CC(N)=CC=2)=N1 JLKIGFTWXXRPMT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 4
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 239000012028 Fenton's reagent Substances 0.000 description 2
- MBMLMWLHJBBADN-UHFFFAOYSA-N Ferrous sulfide Chemical compound [Fe]=S MBMLMWLHJBBADN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 2
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 2
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 238000004729 solvothermal method Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000004073 vulcanization Methods 0.000 description 2
- 102000005298 Iron-Sulfur Proteins Human genes 0.000 description 1
- 108010081409 Iron-Sulfur Proteins Proteins 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006757 chemical reactions by type Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000010303 mechanochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 1
- 150000004968 peroxymonosulfuric acids Chemical class 0.000 description 1
- FHHJDRFHHWUPDG-UHFFFAOYSA-L peroxysulfate(2-) Chemical compound [O-]OS([O-])(=O)=O FHHJDRFHHWUPDG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G49/00—Compounds of iron
- C01G49/12—Sulfides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
- C02F1/722—Oxidation by peroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/72—Crystal-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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/62—Submicrometer sized, i.e. from 0.1-1 micrometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/80—Compositional purity
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/30—Organic compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
- C02F2305/02—Specific form of oxidant
- C02F2305/026—Fenton's reagent
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明涉及一种性能可调控的FeS2纳米材料及其制备方法和应用。本发明首先通过湿式机械合成工艺制备出低结晶度的FeS2纳米材料,通过后续热处理工艺,逐步提升低结晶度FeS2材料的结晶程度,而不同结晶程度的FeS2材料显示出明显不同的非均相芬顿特性,本发明通过对FeS2结晶度的调控实现对材料非均相芬顿性能的调控。
Description
技术领域
本发明属于材料制备技术领域,特别涉及了一种性能可调控的FeS2纳米材料及其制备方法和应用。
背景技术
本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
当前大部分针对黄铁矿非均相芬顿体系的研究报道主要集中于使用天然黄铁矿,然而天然黄铁矿中存在的诸多问题如矿物铁硫比不符合标准化学计量比(Fe:S=1:2)、矿物伴生杂质、矿物易氧化等极大影响其实际应用。因此对于高纯度黄铁矿型FeS2材料制备方法的研究具有重要意义。当前人工合成黄铁矿的方法主要包括:水热法、溶剂热法、化学气相沉积法、物理气相沉积法、热注射法、高温硫化法和机械化学合成法等。其中水热法、溶剂热法等大多是在液相体系中通过铁离子与硫源发生化学反应生成FeS2,该类方法存在制备过程复杂、容易造成二次污染、产物产量受限等缺点。化学气相沉积法、物理气相沉积法、热注射法、高温硫化法等方法存在制备过程复杂,对设备要求较高(成本高)等缺点。相比以上方法,机械化学合成法具备设备简单、方法简便、价格低、可批量大规模生产等诸多优势。除此之外,当前已报道的各类人工合成FeS2的制备方法往往只能制备出固定性质的单一FeS2材料,而未能实现对FeS2材料性能的定向调控。
非均相芬顿体系中芬顿反应类型主要包括两种:一是固相材料溶出的游离态铁离子活性中心主导的均相芬顿反应,二是固体材料表面结合态铁离子活性中心主导的非均相芬顿反应。两种反应类型各有其独特优势:均相芬顿反应由于没有固体反应活性位点数量和固液传质效率等问题限制,在适宜pH条件下(酸性)整体反应效率高于非均相芬顿反应;而非均相芬顿反应虽然受到活性位点和传质问题限制,但可在较宽pH范围下保证持续和稳定的芬顿氧化作用效果。因此,根据不同使用环境和处理要求采用不同作用主导的非均相芬顿体系对于提升体系作用效果和扩展其应用范围具有重要意义,也正因如此,对于性能可调控的非均相芬顿材料制备工艺的研究具有重要意义。而当前,尚无基于同一种材料不同芬顿性能的调控研究。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种性能可调控的非均相芬顿材料的制备方法和应用。本发明首先通过湿式机械合成工艺制备出低结晶度的FeS2纳米材料,通过后续热处理工艺,逐步提升低结晶度FeS2材料的结晶程度,而不同结晶程度的FeS2材料显示出明显不同的非均相芬顿特性,即通过对FeS2结晶度的调控实现对材料非均相芬顿性能的调控。
为了实现上述目的,本发明的技术方案为:
本发明的第一方面,提供一种性能可调控的FeS2纳米材料的制备方法,包括如下步骤:
(1)将铁粉、硫粉混合均匀得到混合物料;
(2)将混合物料装入球磨罐中,加入小分子量醇类物质作为助磨剂,进行球磨,球磨后使用对应助磨剂冲洗收集球磨产物浆料,离心干燥,得到低结晶态FeS2;
(3)将(2)中获得的低结晶态FeS2在惰性气氛下进行热处理;通过控制加热参数获得不同结晶度的FeS2纳米材料。
进一步的,步骤(1)中,所述的铁粉纯度≥90%,平均粒径为10~80μm;所述的硫粉纯度≥99%,平均粒径为10~100μm。
进一步的,步骤(1)中,铁粉和硫粉的摩尔比为1:2~1:2.2;适宜超量硫粉(Fe:S超过1:2)的加入有利于促进反应过程中不饱和硫铁化合物向FeS2的转变,然而硫粉不宜超量,否则会影响铁和硫的反应效果,且会残留S粉成为产物杂质。例如,可以为1:2.01,1:2.03,1:2.05,1:2.1,1:2.15,1:2.19,以及上述点值之间的具体点值,限于篇幅及出于简明的考虑,本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
进一步的,步骤(2)中,小分子量醇类物质为甲醇、乙醇或丙醇。
进一步的,步骤(2)中,助磨剂和混合物料的用量比为0.4~1.2mL:1g。
进一步的,步骤(2)中,所述球磨的球磨设备为高能球磨机;优选行星式高能球磨机。
所述的行星式高能球磨机的球磨参数为:采用的研磨球直径为1~20mm;研磨球的混合物料质量比为(10~50):1;球磨转速比≥200:400r/min;球磨时间≥24h。
进一步的,步骤(3)中,所述惰性气体包括各类常规惰性气体:氩气、氮气、氦气等;惰性气体流速为50~500mL/min。
进一步的,步骤(3)中,热处理温度范围为100~450℃,热处理时间为0.5h以上,升温速率范围为5-15℃/min。
本发明的第二方面,提供上述制备方法制备得到的FeS2纳米材料。
由上述制备方法制备得到的FeS2纳米材料作为非均相芬顿试剂,催化H2O2构筑非均相芬顿体系,可用于处理各类有机污染废水。除基础的非均相芬顿领域外,还可应用于基于FeS2非均相芬顿的其他类芬顿体系,如光芬顿、电芬顿、光电芬顿、超声芬顿等领域。
除芬顿体系外,该材料还可应用于过硫酸盐高级氧化技术体系(PMS、PDS),作为催化剂,以及光伏材料领域、热电材料领域等。
所述非均相芬顿体系使用制备FeS2材料和双氧水为非均相芬顿试剂,FeS2和H2O2用量范围根据实际污水成分、pH等情况可调整。
所述的FeS2材料还可用于催化过一硫酸盐和过二硫酸盐,构筑过硫酸高级氧化技术用于处理有机污染物,材料用量范围根据实际污水成分、pH等情况可调整。
针对传统干式机械化学合成法制备过程中,原料粉体易团聚、需要填充惰性保护气体、合成粉体材料尺寸较大等问题,本发明通过湿式机械化学合成法直接一步制备出高纯度FeS2纳米材料,制备方法简单、反应过程无需添加保护气体、中间无二次污染问题、产量大且对设备要求不高。
本发明首先通过湿式机械合成工艺制备出低结晶度的FeS2纳米材料,通过后续热处理工艺(控制加热温度、加热时间、升温速率等因素),逐步提升低结晶度FeS2材料的结晶程度,而不同结晶程度的FeS2材料显示出明显不同的非均相芬顿特性,即通过对FeS2结晶度的调控实现对材料非均相芬顿性能的调控。
针对传统芬顿体系和大部分非均相芬顿体系需要在酸性条件下起作用这一不足,本发明制备出的FeS2非均相芬顿材料在较宽的pH范围(3-11)内均能对污染物展现出降解效果,在碱性条件下仍能保持污染物降解性能。且随着体系作用时间延长,体系pH能够自发调节至酸性。此外,通过调控制备的FeS2材料性能,该类材料在不同pH条件下对污染物展现出不同的降解性能,其pH自调控能力也有所不同。针对该特性,可根据实际废水初始条件(初始pH)和具体处理要求的不同,选择适宜的FeS2纳米材料进行处理。如:1、对于初始碱度较高,处理速度要求较快的废水体系,可选择较低温度热处理的合成FeS2材料,加快体系自调节酸化过程,释放出大量游离态Fe2+,提升体系对污染物降解速率;2、针对初始酸度较高,需要控制溶解态铁离子浓度的废水,可选择较高温度热处理的合成FeS2材料,在保证污染物处理效果的基础上,通过提升材料稳定性控制铁离子溶解释出。
相比于现有技术,本发明的有益效果为:
1.本发明采用湿式机械化学合成法以铁粉,硫粉为原料,小分子量非极性醇类为助磨剂,在400rpm转速下机械化学合成24h以上,一步制备出高纯度黄铁矿FeS2纳米材料(纯度≥95%),制备出的FeS2材料纳米粒度约为20~800nm;
2.本发明中制备工艺方法简单、机械化学反应过程无需添加保护气体、中间无二次污染问题、产品产量可根据使用球磨设备等比例放大;
3.本发明方法有效避免了Fe粉和S粉在球磨反应过程中结块团聚,进而影响机械化学合成反应的问题,且合成材料的粒度达到纳米级别(20~800nm);
4.本发明方法通过湿式机械化学合成+热处理工艺成功实现对FeS2材料非均相芬顿性能的调控。通过对热处理温度等工艺参数的调整,FeS2材料的结晶度发生对应变化,进而影响其非均相芬顿性能。
5、本发明制备出的FeS2非均相芬顿材料在较宽的pH范围(3-11)内均能对污染物展现出降解效果,在碱性条件下仍能保持污染物降解性能。且随着体系作用时间延长,体系pH能够自发调节至酸性。此外,通过调控制备的FeS2材料性能,该类材料在不同pH条件下对污染物展现出不同的降解性能。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明制备FeS2纳米颗粒形貌图片,其中,(a)湿式机械化学合成FeS2—未热处理,(b)合成FeS2—200℃热处理3h,(c)合成FeS2—300℃热处理3h,(d)合成FeS2—400℃热处理3h。
图2为本发明制备FeS2纳米颗粒XRD谱图。
图3为本发明制备FeS2纳米颗粒非均相芬顿体系效果图。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是示例性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
实施例1
(1)将铁粉、硫粉混合均匀得到混合物料,其中,按摩尔比,铁粉:硫粉=1:2.1;
(2)将混合物料装入球磨罐中,加入乙醇作为助磨剂(助磨剂用量为1mL/g混合物料),采用行星式高能球磨机进行球磨,球磨时间为48h,球磨后使用对应助磨剂冲洗收集球磨产物浆料,离心收集粉体材料,烘干粉体材料,获得低结晶态FeS2。
(3)将(2)中获得的低结晶态FeS2纳米材料置于真空管式炉中,在氩气气氛下进行热处理,热处理温度为200℃,热处理时间为3h,惰性气体流速为200mL/min,升温速率为10℃/min。
实施例2
(1)将铁粉、硫粉混合均匀得到混合物料,其中,按摩尔比,铁粉:硫粉=1:2.1;
(2)将混合物料装入球磨罐中,加入乙醇作为助磨剂(助磨剂用量为1mL/g混合物料),采用行星式高能球磨机进行球磨,球磨时间为48h,球磨后使用对应助磨剂收集球磨产物浆料,离心收集粉体材料,烘干粉体材料,获得低结晶态FeS2。
(3)将(2)中获得的低结晶态FeS2纳米材料置于真空管式炉中,在氩气气氛下进行热处理,热处理温度为300℃,热处理时间为3h,惰性气体流速为200mL/min,升温速率为10℃/min。
实施例3
(1)将铁粉、硫粉混合均匀得到混合物料,其中,按摩尔比,铁粉:硫粉=1:2.1;
(2)将混合物料装入球磨罐中,加入乙醇作为助磨剂(助磨剂用量为1mL/g混合物料),采用行星式高能球磨机进行球磨,球磨时间为48h,球磨后使用对应助磨剂冲洗收集球磨产物浆料,离心收集粉体材料,烘干粉体材料,获得低结晶态FeS2。
(3)将(2)中获得的低结晶态FeS2纳米材料置于真空管式炉中,在氩气气氛下进行热处理,热处理温度为400℃,热处理时间为3h,惰性气体流速为200mL/min,升温速率为10℃/min。
对比例1
(1)将铁粉、硫粉混合均匀得到混合物料,其中,按摩尔比,铁粉:硫粉=1:2.1;
(2)将混合物料装入球磨罐中,加入乙醇作为助磨剂(助磨剂用量为1mL/g混合物料),采用行星式高能球磨机进行球磨,球磨时间为48h,球磨后使用对应助磨剂冲洗收集球磨产物浆料,离心收集粉体材料,烘干粉体材料,获得低结晶态FeS2。
图1为制备FeS2纳米颗粒形貌图片,其中,(a)湿式机械化学合成FeS2—未热处理,(b)合成FeS2—200℃热处理3h,(c)合成FeS2—300℃热处理3h,(d)合成FeS2—400℃热处理3h,从图1可知,经湿式机械化学合成的FeS2产物(未热处理)为纳米级别,粒径尺寸范围约为20~800nm;经不同温度(200℃,300℃,400℃)热处理后,FeS2的粒径未发生明显变化。
从图2可知,经湿式机械化学合成的FeS2(未热处理)样品的XRD谱图与黄铁矿标准样品的特征峰完全匹配且无其他杂质特征峰出现。由此说明经机械化学合成后,原料铁粉和硫粉发生完全化合反应,产生黄铁矿FeS2,其较宽的XRD特征峰表征其低结晶态。随着热处理温度的提升,各样品XRD特征峰强度逐渐增加且变得更加尖锐,由此说明样品结晶度随着热处理温度的提升而逐步增加。
图3为基于不同热处理温度的FeS2芬顿体系的具体调控作用效果示例,图3体系中相关参数如下:FeS2用量0.4g/L,H2O2用量2.5mmol/L,目标污染物:磺胺甲恶唑(20mg/L),初始pH=6或9。其中,(a)体系初始pH=6时,不同FeS2芬顿体系对磺胺甲恶唑降解效果差异,(b)体系初始pH=6时,不同FeS2芬顿体系的pH变化情况,(c)体系初始pH=9时,不同FeS2芬顿体系对磺胺甲恶唑降解效果差异,(d)体系初始pH=6时,不同FeS2芬顿体系的pH变化情况。从图3可知,在初始酸性(pH6)或碱性(pH9)条件下,不同温度热处理的FeS2样品在其它反应条件一致情况下,对磺胺甲恶唑显示出明显不同的去除效果。且体系pH也显示出明显不同的变化趋势。由此说明通过该发明方法可通过对制备的FeS2材料的调控,从而实现对其芬顿体系性能的调控。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种性能可调控的FeS2纳米材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将铁粉、硫粉混合均匀得到混合物料;
(2)将混合物料装入球磨罐中,加入小分子量醇类物质作为助磨剂,进行球磨,球磨后使用对应助磨剂冲洗收集球磨产物浆料,离心干燥,得到低结晶态FeS2;
(3)将(2)中获得的低结晶态FeS2在惰性气氛下进行热处理;通过控制加热参数获得不同结晶度的FeS2纳米材料。
2.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述的铁粉纯度≥90%,平均粒径为10~80μm;所述的硫粉纯度≥99%,平均粒径为10~100μm。
3.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,步骤(1)中,铁粉和硫粉的摩尔比为1:2~1:2.2。
4.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,步骤(2)中,小分子量醇类物质为甲醇、乙醇或丙醇。
5.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,步骤(2)中,助磨剂和混合物料的用量比为0.4~1.2mL:1g。
6.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述球磨的球磨设备为高能球磨机;优选行星式高能球磨机;更优选的,所述的行星式高能球磨机的球磨参数为:采用的研磨球直径为1~20mm;研磨球的混合物料质量比为(10~50):1;球磨转速比≥200:400r/min;球磨时间≥24h。
7.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述惰性气体为氩气、氮气、氦气中的一种;惰性气体流速为50~500mL/min。
8.根据权利要求1所述制备方法,其特征在于,步骤(3)中,热处理温度范围为100~450℃,热处理时间为0.5h以上,升温速率范围为5-15℃/min。
9.根据上述权利要求任一项所述制备方法制备得到的FeS2纳米材料。
10.根据权利要求9所述FeS2纳米材料在非均相芬顿体系、过硫酸盐高级氧化体系、光伏材料领域、热电材料领域中的应用;优选的,作为非均相芬顿材料降解污染物。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211126451.0A CN115385383A (zh) | 2022-09-16 | 2022-09-16 | 一种性能可调控的FeS2纳米材料及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211126451.0A CN115385383A (zh) | 2022-09-16 | 2022-09-16 | 一种性能可调控的FeS2纳米材料及其制备方法和应用 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115385383A true CN115385383A (zh) | 2022-11-25 |
Family
ID=84126315
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202211126451.0A Pending CN115385383A (zh) | 2022-09-16 | 2022-09-16 | 一种性能可调控的FeS2纳米材料及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN115385383A (zh) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106492842A (zh) * | 2016-11-11 | 2017-03-15 | 东北大学 | 一种Fe2GeS4纳米颗粒的制备和使用方法 |
WO2018090846A1 (zh) * | 2016-11-15 | 2018-05-24 | 中国科学院南海海洋研究所 | 一种介孔二硫化亚铁/二氧化硅微球复合固相铁源的制备方法及其应用 |
CN113578351A (zh) * | 2021-08-03 | 2021-11-02 | 齐鲁工业大学 | 黄铁矿二硫化铁/二氧化钛复合材料及其制备方法和应用 |
-
2022
- 2022-09-16 CN CN202211126451.0A patent/CN115385383A/zh active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106492842A (zh) * | 2016-11-11 | 2017-03-15 | 东北大学 | 一种Fe2GeS4纳米颗粒的制备和使用方法 |
WO2018090846A1 (zh) * | 2016-11-15 | 2018-05-24 | 中国科学院南海海洋研究所 | 一种介孔二硫化亚铁/二氧化硅微球复合固相铁源的制备方法及其应用 |
CN113578351A (zh) * | 2021-08-03 | 2021-11-02 | 齐鲁工业大学 | 黄铁矿二硫化铁/二氧化钛复合材料及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
XIAOGUO SHI ET AL.: "Accelerated degradation of sulfadiazine by wet mechanochemical synthesized nano-pyrite FeS2 based Fenton system: Performance, mechanism and applicability", SEPARATION AND PURIFICATION TECHNOLOGY, vol. 292, pages 121060 * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7021795B2 (ja) | 粒形が制御可能な酸化インジウム球形粉体の調製方法 | |
CN113649052B (zh) | 一种石墨相氮化碳基光催化复合材料及其制备和应用 | |
CN108821311B (zh) | 一种锰铁组分精细可调普鲁士白介晶材料的制备方法 | |
CN113368905B (zh) | 以壳聚糖为底物合成Co单原子的方法及其在高效活化过硫酸盐降解有机污染物中的应用 | |
JP2007131926A (ja) | 白金ナノ粒子およびその製造方法ならびにこれを用いた燃料電池用電極 | |
CN114149793B (zh) | 一种高储能密度、高循环稳定性的高温热化学储热材料及其制备方法 | |
CN106811832A (zh) | 一种珠帘状BiFeO3微纳米纤维的制备方法及所得产品 | |
CN110937628A (zh) | 一种具有氧空位的TiO2材料的制备方法 | |
CN111203260A (zh) | 一种单原子钯负载氮化碳催化剂及其制备和在去除no中的应用 | |
CN111825093A (zh) | 一种SiC纳米粉体颗粒的制备方法 | |
Xiu et al. | Barium hydroxyapatite nanoparticles synthesized by citric acid sol–gel combustion method | |
CN110841680A (zh) | 一种氮、硫-掺杂石墨烯-CuS复合材料的制备方法 | |
CN111013626A (zh) | 一种基于针状焦的单原子金属石墨烯催化剂及其制备方法 | |
CN115385383A (zh) | 一种性能可调控的FeS2纳米材料及其制备方法和应用 | |
CN113318771A (zh) | 一种可除藻的磁性纳米氮化碳光催化剂及其制备方法 | |
CN115403229B (zh) | 一种养殖废水的处理方法 | |
Zolfaghari et al. | Preparation and photodeposition of Fe–S/TiO 2@ PEG nanoparticles for methylene blue and Evans blue | |
CN114524439A (zh) | 一种疏散蓬松mb6纳米低传热粉体材料的制备方法 | |
CN114105214A (zh) | 一种CoWO4超薄纳米片及利用其活化过硫酸盐处理有机废水的方法 | |
CN108862373B (zh) | 一种小颗粒纳米氧化锌的制备方法 | |
CN113769771A (zh) | 污水处理用石墨相氮化碳光催化剂及其制备方法和应用 | |
CN115340093B (zh) | 一种利用硅酸盐制备纳米硅或非晶二氧化硅的方法 | |
CN112517045B (zh) | 一种光催化产氢的铁@bcn陶瓷的制备方法 | |
CN115521780B (zh) | 一种煤基碳量子点及制备方法 | |
CN114210313B (zh) | 一种高分散的海泡石族矿物负载Au单原子催化剂的制备方法 |
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 | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20221125 |