環境污染物降解用形貌可控的赤鐵礦制備方法技術

本發明專利技術公開了一種環境污染物降解用形貌可控的赤鐵礦制備方法，包括以下步驟：1)往Fe

Preparation method of controllable hematite for degradation of environmental pollutant

The invention discloses a method for preparing hematite with controllable appearance for degradation of environmental pollutants. The method comprises the following steps: 1) to Fe;

【技術實現步驟摘要】
環境污染物降解用形貌可控的赤鐵礦制備方法
本專利技術涉及無機材料生產技術，具體地指一種環境污染物降解用形貌可控的赤鐵礦制備方法。
技術介紹
鐵氧化物具備的優良催化特性和電磁性能使其在光、電、磁、催化及醫藥等領域應用廣泛。α-Fe2O3赤鐵礦是一種具有2.1eV光帶能隙的n-型半導體材料，在磁學設備、顏料、催化劑、氣敏材料、水的光氧化和光催化氧化的光電陽極材料、水及土壤環境中污染物吸附和降解等領域具有一定的應用前景。目前，制備赤鐵礦的方法多為由表面活性劑和改性劑參與的水/溶劑熱反應。其中，以FeCl3和NaOH為反應源，以乙醇水溶液或其它有機溶劑為反應溶劑，180℃水熱反應10h可得邊長為20nm左右的赤鐵礦立方體，溶劑的類型影響合成產物形貌(Liang,X.；Wang,X.；Zhuang,J.；Chen,Y.；Wang,D.；Li,Y.,SynthesisofNearlyMonodisperseIronOxideandOxyhydroxideNanocrystals.AdvancedFunctionalMaterials2006,16(14),1805-1813)；以FeCl3與堿源CH3COOK或NaOH在[bmim]Cl和水的混合溶劑中150℃水熱反應8h，可分別得到赤鐵礦圓球體顆粒聚集體和立方體赤鐵礦，產物尺寸可以通過改變反應溶劑中有機溶劑比例予以控制(Lian,J.；Duan,X.；Ma,J.；Peng,P.；Kim,T.；Zheng,W.,Hematite(α-Fe2O3)withVariousMorphologies:IonicLiquid-AssistedSynthesis,FormationMechanism,andProperties.ACSNano2009,3(11),3749-3761)。但上述過程中高溫高壓下赤鐵礦的熱液合成需要在體積較小的高壓釜中進行，單次合成樣品產量低，且高溫高壓反應條件對設備要求高、能耗大，難以滿足其廣泛應用的需要，此外，反應中有機溶劑的參與會對人類健康和環境造成不良影響。另外，模板法也是新興的合成單分散性良好、顆粒尺寸均一、形貌可控赤鐵礦的方法之一。其充分浸漬SiO2模板于FeSO4溶液中，于900～1200℃不同溫度下煅燒4h后以NaOH溶液去除SiO2模板，得到分散性良好，粒徑尺寸在4～50nm不同類型(α,β,γ,ε)的Fe2O3圓球體(Sakurai,S.；Namai,A.；Hashimoto,K.；Ohkoshi,S.-i.,FirstObservationofPhaseTransformationofAllFourFe2O3Phases(γ→ε→β→α-Phase).JournaloftheAmericanChemicalSociety2009,131(51),18299-18303)。然而，上述方法結合了模板法和高溫煅燒法，是高溫條件下的相轉化合成過程，合成過程中需要制備模板、去除模板及高溫處理，存在工藝復雜且能耗高的問題。而多數單分散性赤鐵礦橢球體則都是通過磷酸鹽和磷酸二氫鹽作為形貌控制劑制備得到的，其控制一定的FeCl3與NaH2PO4比例，220℃水熱反應2h可合成長徑比為3.6的赤鐵礦橢球體(Almeida,T.P.；Fay,M.；Zhu,Y.；Brown,P.D.,ProcessMapfortheHydrothermalSynthesisofα-Fe2O3Nanorods.TheJournalofPhysicalChemistryC2009,113(43),18689-18698)，延長水熱反應時間為48h則可得粒徑為100nm，長度為250～400nm的赤鐵礦中空管狀體(Jia,C.-J.；Sun,L.-D.；Yan,Z.-G.；You,L.-P.；Luo,F.；Han,X.-D.；Pang,Y.-C.；Zhang,Z.；Yan,C.-H.,Single-CrystallineIronOxideNanotubes.AngewandteChemie2005,117(28),4402-4407)。上述方法合成的產物形貌雖然為尺寸分布均一的橢球體，但由于水熱反應容器體積的限制，合成產物產量低、能耗高。
技術實現思路
本專利技術的目的就是要提供一種環境污染物降解用形貌可控的赤鐵礦(α-Fe2O3)制備方法，該方法制備效率高、能耗低、環境友好、工藝簡單易操作。為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案是：一種環境污染物降解用形貌可控的赤鐵礦制備方法，其特征在于：包括以下步驟：1)往Fe3+濃度為0.1～1mol/L的鐵鹽溶液中逐滴加入1～6mol/L的堿液，堿液滴加至溶液呈中性；2)往步驟1)所得產物中加入還原型抗壞血酸，所述還原型抗壞血酸按與Fe3+的摩爾比例為0.5～2:100的量加入；3)往步驟2)所得產物中加入堿液，調節pH值至中性；4)將步驟3)所得產物進行高溫老化，然后冷卻后離心分離出的固體沉淀物即為所述形貌可控的赤鐵礦顆粒。進一步地，所述步驟2)中，所述還原型抗壞血酸按與Fe3+的摩爾比例為1.5～2:100的量加入。進一步地，所述步驟4)中，將步驟3)所得產物在100～120℃溫度下油浴老化5～12h。進一步地，所述步驟1)中，所述鐵鹽為氯化鐵、硝酸鐵和硫酸鐵中的一種或多種。進一步地，所述步驟1)中，所述堿液為堿金屬離子的堿溶液中的一種或多種。進一步地，所述步驟4)中，用去離子水將冷卻后離心分離出的固體沉淀物洗滌至電導率<20μS/cm。更進一步地，所述步驟3)中，堿液采用0.1～0.5mol/L的堿金屬離子的堿溶液。與現有技術相比，本專利技術具有以下優點：其一，本專利技術提供了一種在還原型抗壞血酸(AA)存在條件下，化學沉淀一次快速合成大量結晶度良好、尺寸分布均一具有單分散性且形貌可控的純相赤鐵礦(α-Fe2O3)橢球體的方法。在本專利技術特定條件下，隨著還原型抗壞血酸用量的增加，赤鐵礦逐漸從圓球體狀變成橢球體狀再變成紡錘體狀，從而可有針對性地對不同形貌的赤鐵礦的相應性能加以利用。其中，所獲得的赤鐵礦對環境污染物的降解性能優良，尤其對毒性有機廢水降解效果優良，如：2％AA添加量條件下形成的紡錘體狀赤鐵礦對亞甲基藍降解率高達96.50％。其二，本專利技術利用還原型抗壞血酸(AA)的還原作用，通過催化溶解再結晶機制和固相轉化機制快速合成粒徑分布均一的赤鐵礦；此外，有機酸抗壞血酸與Fe3+間的配位作用使其同時成為了赤鐵礦形成過程中的形貌控制劑，誘導形成了赤鐵礦橢球體，此合成法可滿足其大規模工業生產的需要，具有良好的商業化發展前景。其三，本專利技術直接采用廉價易得的三價鐵鹽為原料，生產流程簡單，無毒性有機溶劑參與，無毒性氣體排放，不造成環境污染。其四，本專利技術反應速率快，單次產量高，能大批量合成目標產物，易于實現工業化生產。其五，本專利技術能耗低，工藝及操作簡單，降低了對生產設備的要求，可實現在線監控。附圖說明圖1為實例1制備產物的X射線衍射(XRD)圖譜。圖2為實例1制備產物的掃描電子顯微鏡(SEM)圖片。圖3為實例2制備產物的X射線衍射(XRD)圖譜。圖4為實例2制備產物的掃描電子顯微鏡(SEM)圖片。圖5為實例3制備產物的X射線衍射(XRD)圖譜本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種環境污染物降解用形貌可控的赤鐵礦制備方法，其特征在于：包括以下步驟：1)往Fe

【技術特征摘要】
1.一種環境污染物降解用形貌可控的赤鐵礦制備方法，其特征在于：包括以下步驟：1)往Fe3+濃度為0.1～1mol/L的鐵鹽溶液中逐滴加入1～6mol/L的堿液，堿液滴加至溶液呈中性；2)往步驟1)所得產物中加入還原型抗壞血酸，所述還原型抗壞血酸按與Fe3+的摩爾比例為0.5～2:100的量加入；3)往步驟2)所得產物中加入堿液，調節pH值至中性；4)將步驟3)所得產物進行高溫老化，然后冷卻后離心分離出的固體沉淀物即為所述形貌可控的赤鐵礦顆粒。2.根據權利要求1所述環境污染物降解用形貌可控的赤鐵礦制備方法，其特征在于：所述步驟2)中，所述還原型抗壞血酸按與Fe3+的摩爾比例為1.5～2:100的量加入。3.根據權利要求1或2所述環境污染物降解用形貌可控的赤鐵礦制備方法，其特征...

【專利技術屬性】
技術研發人員：譚文峰，俞雅婷，汪明霞，
申請(專利權)人：華中農業大學，
類型：發明
國別省市：湖北,42