一種水相氟化鈰微粒的制備方法及其應用技術

本發明專利技術涉及一種水相氟化鈰微粒的制備方法及其應用，屬于光催化技術領域，采用硝酸鈰銨或硝酸鈰為鈰源，以六氟鈦酸銨或氟化銨為氟源，以較簡單、條件溫和的制備工藝制備出了分散性良好的水相氟化鈰微粒，其在可見光條件下有良好的光催化性能，拓寬了氟化鈰的應用領域。

Method for preparing cerium fluoride particles in aqueous phase and application thereof

Preparation and application of the invention relates to a method for aqueous cerium fluoride particles, which belongs to the field of photocatalysis technology, using ammonium ceric nitrate or cerium nitrate as cerium source, with six ammonium fluorotitanate or ammonium fluoride as fluorine source, the preparation process is simple, mild conditions of the prepared cerium fluoride particles dispersed in aqueous phase well, it has good photocatalytic performance under visible light, to broaden the application fields of cerium fluoride.

【技術實現步驟摘要】
一種水相氟化鈰微粒的制備方法及其應用
本專利技術屬于光催化
，具體涉及一種水相氟化鈰微粒的制備方法及其應用。
技術介紹
稀土半導體材料具有較高的化學活性、化學穩定性和熱穩定性，在可見光/紫外光降解有機污染物方面受到了廣泛的關注。一些含鈰元素的稀土化合物，特別是鈰氧化物，在可見光催化領域備受矚目。目前所報道出的含鈰稀土化合物以CeO2及以之為基礎的復合材料為主要一類，其光催化降解污染物效率優于商業化二氧化鈦（P25）。氟化鈰（CeF3）作為另一類含鈰化合物，目前多應用于耐磨材料、傳感器、光學薄膜、上轉換發光材料等，在光催化領域的應用略有報道。JunWana等人采用微波水熱法成功制備了CeF3/TiO2納米片層膜，由于CeF3具有的上轉換效應，該納米片層膜既可以在紫外光波段具有光催化活性，也在可見光波段具有同等的光催化活性，并表現出優異光催化降解亞甲基藍性能[JunWana,LinSuna,NovelUV-vis-drivenphotocatalystsofCeF3/TiO2nano-sheetfilmwithupconversionpropertiesforenhancedphotocatalyticactivity[J].MaterialsLetters,2016,169:189~192]。G-FHuang團隊采用低溫溶液燃燒法，通過調節氟化銨、氯化鈰的摩爾比可以得到純CeF3納米顆粒，及其與Ce2O3或Ce2O3形成的混合物。合成的CeF3顯示出優異的光催化活性和紫外線照射下降解亞甲基藍的良好穩定性。通過密度泛函理論計算，CeF3獨特的電子結構是其具有良好光催化活性的重要原因，可以作為一種潛在的光催化劑[HuiMiao,Gui-FangHuang,AnovelphotocatalystCeF3:Facilefabricationandphotocatalyticperformance[J],RSCAdvances,2015,5(115):95171~95177]。G-FHuang團隊又采用水熱合成路線以乙醇/水二元體系為溶劑，制備了一種新型光催化劑。CeO2/CeF3的六面體結構具有出色的光催化效果，主要歸因于該結構中具有高反應活性的面能夠較多的暴露，同時在異質結界面產生的光生電子-空穴對能夠有效分離。在紫外光下照射12min，亞甲基藍的降解率可達87%的，優于商業P25[YaoXiang,Bai-RanCheng,Facileone-stepin-situsynthesisoftype-IICeO2/CeF3compositewithtunablemorphologyandphotocatalyticactivity[J].CeramicsInternational,2016,42(14):16374~16381]。現有的氟化鈰材料仍主要用做耐磨添加劑和半導體材料，制備方法復雜，部分材料自身親水性差，在水相中使用時往往需要進行表面改性來增強其在水溶液中的分散性。目前文獻報道中，氟化鈰作為一種新型催化劑常與CeO2、TiO2復合，形成CeF3/CeO2、CeF3/TiO2復合材料，可有效提高紫外光照射下的光催化降解有機污染物效率，純氟化鈰在可見光催化領域降解有機污染物的應用鮮見報道。因此，開發出一種工藝簡單、親水性好、高效的可見光催化氟化鈰材料在降解有機污染物方面具有重要的應用價值。
技術實現思路
本專利技術目的是提供一種水相氟化鈰微粒的制備方法，采用硝酸鈰銨或硝酸鈰為鈰源，以六氟鈦酸銨或氟化銨為氟源，以較簡單、條件溫和的制備工藝制備出了分散性良好的水相氟化鈰微粒，其在可見光下有良好的光催化性能，拓寬了氟化鈰的應用領域。為實現上述目的，本專利技術提供以下技術方案：一種水相氟化鈰微粒的制備方法，包括以下步驟：步驟一：將鈰鹽和含氟銨鹽按照摩爾比為1：（5~10）的比例溶于50ml蒸餾水中，室溫攪拌10~20min，得到透明混合溶液；步驟二：攪拌條件下，向步驟一的透明混合溶液中緩慢、逐滴加入堿性溶液，至形成白色溶膠停止滴加；步驟三：將步驟二的白色溶膠轉移至水熱反應釜中，160℃反應300min后，冷卻至常溫，離心得到微粉色沉淀物；步驟四：將步驟三的微粉色沉淀物用蒸餾水、無水乙醇洗滌，60℃條件下干燥即得到氟化鈰微粒；步驟五：將步驟四制得的氟化鈰微粒分散在水中，即得到水相氟化鈰微粒。進一步地，所述鈰鹽為硝酸鈰銨，所述含氟銨鹽為六氟鈦酸銨或氟化銨中的一種。進一步地，所述鈰鹽為硝酸鈰，所述含氟銨鹽為六氟鈦酸銨。進一步地，所述堿性溶液為氯化銨溶液或氨水中的一種。進一步地，所述堿性溶液的濃度為0.1mol/L。本專利技術還提供了利用上述制備方法制備的水相氟化鈰微粒在可見光條件下降解有機污染物的應用。相比現有技術，本專利技術的有益效果在于：1.硝酸鈰銨中6個NO3-離子與Ce4+配位，六氟鈦酸銨中6個F-離子與Ti4+配位，均形成六角雙錐結構，與氟化鈰的六方晶體結構相似。本專利技術制備方法中選用的反應物質為鈰鹽和含氟銨鹽，并在制備方法中限定了其中之一的空間結構為六角雙錐結構，這樣有利于在溫和條件下促進氟化鈰晶核的快速生成和晶體的生長，然后通過水熱反應促進晶體結構的完善，通過均相共沉淀法和水熱法控制晶格缺陷的生成，另外共沉淀反應中晶體生長不完全導致了更多的晶格缺陷成為活性位點，有利于氟化鈰光催化劑和底物分子電子傳遞，提高了氟化鈰的光催化反應活性；2.本專利技術采用的鈰鹽和含氟銨鹽在室溫下混合，條件溫和，整體制備工藝簡單，易于操作，易于工藝放大，并研究了氟化鈰在可見光條件下降解有機污染物的應用，拓寬了氟化鈰的應用領域；3.本專利技術制備的氟化鈰微粒溶于水時，不需要添加表面活性劑進行表面修飾，在水中的分散性良好，使其作為光催化材料降解有機污染物時性質穩定。附圖說明圖1是本專利技術制備的氟化鈰微粒的XRD圖譜。圖2是本專利技術制備的氟化鈰微粒在水、石蠟油、二氯甲烷和丙酮中的分散性對比圖。圖3是本專利技術實施例7中亞甲基蘭的標準工作曲線。圖4是本專利技術實施例7中亞甲基蘭在可見光條件下自降解效率曲線。圖5是本專利技術實施例7中P25在可見光條件下降解亞甲基蘭的降解效率曲線。圖6是本專利技術制備的氟化鈰微粒在可見光條件下降解亞甲基藍的降解效率曲線。具體實施方式下面結合具體實施例對本專利技術作進一步陳述，但并非是對本專利技術保護范圍的限定，實施例中所涉及的工藝方法，如無特別說明則為常規方法或步驟，所用藥品試劑除特別說明外，均為市售。本專利技術中的室溫為20~25℃，如無特別說明，以下實施例中所用試劑均可從市場購得，其中硝酸鈰銨的分子式為Ce(NH4)2(NO3)6，六氟鈦酸銨的分子式為（NH4）2TiF6，硝酸鈰的分子式為Ce(NO3)3·6H2O，氟化銨的分子式為NH4F。在化學領域中，水相一般指水或者與水相溶的物質組成的相；有機相則一般指與水不互溶的有機物組成的相，例如氯仿、丙酮等等。實施例1按照鈰鹽和含氟銨鹽的摩爾比為1：10，取0.27g硝酸鈰銨、1.0g六氟鈦酸銨溶于50mL蒸餾水，室溫下攪拌10~20min，得到含有鈰離子、氟離子的透明溶液；攪拌并緩慢、逐滴向透明溶液中加入0.1moL/L的氯化銨溶液，至形成白色溶膠停止滴加；取上述30mL白色溶膠轉移至50mL水熱反應本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種水相氟化鈰微粒的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一：將鈰鹽和含氟銨鹽按照摩爾比為1：（5~10）的比例溶于50ml蒸餾水中，室溫攪拌10~20min，得到透明混合溶液；步驟二：攪拌條件下，向步驟一的透明混合溶液中緩慢、逐滴加入堿性溶液，至形成白色溶膠停止滴加；步驟三：將步驟二的白色溶膠轉移至水熱反應釜中，160℃反應300min后，冷卻至常溫，離心得到微粉色沉淀物；步驟四：將步驟三的微粉色沉淀物用蒸餾水、無水乙醇洗滌，60℃條件下干燥即得到氟化鈰微粒；步驟五：將步驟四制得的氟化鈰微粒分散在水中，即得到水相氟化鈰微粒。

【技術特征摘要】
1.一種水相氟化鈰微粒的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一：將鈰鹽和含氟銨鹽按照摩爾比為1：（5~10）的比例溶于50ml蒸餾水中，室溫攪拌10~20min，得到透明混合溶液；步驟二：攪拌條件下，向步驟一的透明混合溶液中緩慢、逐滴加入堿性溶液，至形成白色溶膠停止滴加；步驟三：將步驟二的白色溶膠轉移至水熱反應釜中，160℃反應300min后，冷卻至常溫，離心得到微粉色沉淀物；步驟四：將步驟三的微粉色沉淀物用蒸餾水、無水乙醇洗滌，60℃條件下干燥即得到氟化鈰微粒；步驟五：將步驟四制得的氟化鈰微粒分散在水中，即得到水相氟化鈰微粒。2...

【專利技術屬性】
技術研發人員：韓冰，王麗，趙輝，孫瑞敏，周永恒，周華，
申請(專利權)人：開封大學，
類型：發明
國別省市：河南,41