纳米三氧化钼范文（精选12篇）

纳米三氧化钼 第1篇

纳米三氧化钼具有良好的性能和特殊的结构[1], 在电池电极[2]、催化剂[3]、阻烟剂及传感器等方面有着广泛的应用前景。近年来, 纳米三氧化钼的制备越来越受到人们的关注, 目前, 纳米三氧化钼的制备方法有很多, 如水热法、气相沉积法、溶胶-凝胶法、溶剂热法等。如何更加可靠、环保、简单且重复性好地制备结构、形貌及尺寸可控的纳米三氧化钼, 成为了纳米三氧化钼的研究热点。文章采用离子交换法得到钼酸溶胶, 并通过超声处理得到纳米级三氧化钼, 并考察了超声波作用时间对合成纳米三氧化钼结构和形貌的影响。

1 实验部分

1.1 原料的选择

实验用原料:钼酸钠Na2Mo O4·2H2O, 分析纯, 金堆城钼业公司;盐酸, HCl, 分析纯, 荣阳长城化工厂;无水乙醇C2H5OH, 分析纯, 西安化学试剂厂;732型阳离子交换树脂, 上海化学试剂厂。

1.2 装置与仪器

磁力加热搅拌器, 79-1型, 中大仪器厂;超声波清洗器, KH-500DE, 昆山禾创超声波有限公司;加热鼓风干燥箱, 101-1, 北京科伟永兴仪器有限公司;离心分离机, TD5A-WS, 长沙维尔康湘鹰离心机有限公司;离子交换柱, 西安玻璃仪器厂。

1.3 实验过程

称取一定量的钼酸钠倒入烧杯中, 再加入适量的去离子水, 用玻璃棒充分搅拌, 配制一定浓度的钼酸钠溶液, 然后将钼酸钠溶液倒入离子交换柱中, 通过离子交换得到蓝色钼酸溶胶, 将装有钼酸溶胶的烧杯放入超声波清洗器中, 随后进行超声处理, 随着超声时间的推移, 烧杯中逐渐有蓝色沉淀生成。将沉淀分别用无水乙醇和去离子水反复洗涤3次, 并用离心机收集沉淀, 把沉淀在60℃恒温干燥12h, 得到蓝色粉末。

2 结果与讨论

2.1 XRD物相表征

对干燥后的样品进行了XRD表征, 结果如图1所示。与JCPDS标准卡比对, 样品的主要衍射峰12.75°、23.30°、25.65°、27.30°和28.95°分别对应于正交晶系样品属于正交晶系Mo O3的 (020) 、 (110) 、 (040) 、 (021) 和 (060) 晶面, 表明制备的产物为纯正交相三氧化钼, 即α-Mo O3, 并且其衍射峰尖锐, 说明结晶度良好。

2.2 SEM形貌观察

从图2中可以看出, 利用离子交换超声法制备的样品为纳米带状结构。Mo O3纳米带的长度可达15μm, 宽度为80~150nm, 长宽比较大。样品的分散性好, 纳米带表面光滑, 形貌规整, 晶格缺陷少。

2.3 超声作用对产物的影响

通过实验结果表明, 超声波处理时间对最终产物的形貌及团聚程度有很大的影响。从图3中可以看出, 溶胶未经过超声处理的样品, 团聚严重, 出现大量的块状团聚物, 这些块状物体由带状物团聚而成;超声处理60min的样品, 团聚现象明显改善, 但仍有一定团聚物;超声处理120min的样品, 几乎没有团聚现象;当超声时间达到120min时, 样品分布均匀, 尺寸均一。

a-未超声处理;b-超声处理60min;c-超声处理120min;d-超声处理180min

通过实验表明, 随着超声波处理时间的延长, 抑制产物团聚现象的发生, 产物更加均匀, 尺寸更加均一, 超声波作用对合成纳米Mo O3具有重要的作用。通过反复多次实验, 在超声时间180min时, 能合成稳定的, 直径宽度在80~150nm的三氧化钼纳米带。

3 结束语

以钼酸钠为钼源, 采用离子交换法得到钼酸溶胶, 并通过超声作用制备了带状结构的纳米级α-Mo O3。考察了超声时间对形貌的影响。结果表明, 当超声时间为180min时, 产物的晶粒尺寸最小, 分散程度最好, 无团聚现象, 形貌规整, 大小均一, 呈带状结构。

摘要：实验以钼酸钠为钼源, 通过离子交换得到钼酸溶胶, 然后通过超声作用制备出纳米三氧化钼。利用X射线衍射分析样品的晶型结构、扫描电子显微镜观察样品的形貌, 考察了超声时间对产物的影响。

关键词：纳米三氧化钼,离子交换,合成

参考文献

[1]黄宪法, 邹炜, 马成兵, β型三氧化钼的性质、用途及生产[J].中国钼业, 2000, 24 (6) :27-29.

[2]祁琰媛, 陈文, 麦立强, 等.过氧钼酸溶胶制备的Mo O3纳米带及其电化学性能研究[J].稀有金属, 2007, 31 (1) :67-61.

纳米三氧化钼 第2篇

纳米二氧化钛的改性及光催化氧化烷烃研究

摘要：催化剂的表面结构是影响催化反应的重要因素之一.利用原位红外(In-situ FT-IR)、X射线衍射(XRD)和紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)等现代物理技术考察了热处理改性对纳米 TiO2的表面结构、晶相结构、粒子大小、比表面积和吸光性能的影响,采用In-situ FT-IR光谱着重研究了纳米TiO2催化剂上环己烷光催化降解机制及催化剂的结构特性与催化反应之间的相关性.研究表明,400 ℃条件下热处理纳米TiO2具有最佳光催化活性,适宜的表面结构、晶相结构、吸光能力及晶化度是纳米TiO2光催化剂高催化活性的`主要原因.借助In-situ FT-IR光谱,观察到环己烷氧化的主要产物是CO2和H2O,同时捕捉到了中间产物CO以及乙酸,提出了环己烷光催化降解的可能机理.作 者：马佳彬    李新勇    曲振平   邹龙江    陈永英    Ma Jiabin    Li Xinyong    Qu Zhenping    Zou Longjiang    Chen Yongying  作者单位：大连理工大学环境学院,工业生态与环境工程教育部重点实验室,辽宁,大连,116024 期 刊：环境污染与防治  ISTICPKU  Journal：ENVIRONMENTAL POLLUTION & CONTROL 年，卷(期)：2007, 29(1) 分类号：X7 关键词：纳米TiO2    光催化    环己烷    原位红外    机理   

介孔二氧化硅纳米粒子的制备研究 第3篇

关键词：介孔 二氧化硅 溶胶凝胶法

中图分类号：TQ01 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（c）-00-02

介孔材料是多孔材料中的重要组成部分，由于具有较大的比表面积和吸附容量，因此在吸附、分离、催化等领域都具有广泛的应用。根据微观结构的区别，介孔二氧化硅可分为两大类型：一类则是以二氧化硅干凝胶和气凝胶为代表的无序介孔固体，其中介孔的形状不规则但是相互连通。孔形常用墨水瓶形状来近似描述，细颈处相当于不同孔之间的通道。另一类是Back等人[1-2] 于1992年首次报道的M41S（MCM-41，MCM-48，MCM-50）系列的介孔二氧化硅，其结构特点是孔径大小均匀，按六方有序排列，在不同制备条件下，孔径在1.5～10 nm范围内可连续调节。孔形可分三类：定向排列的柱形孔；平行排列的层状孔；三维规则排列的多面体孔。这种合成方法可以得到均一的多孔结构，引起了在多相催化、吸附分离以及高等无机材料等学科领域研究人员的浓厚兴

趣 [3-6]。介孔材料在种类及应用上都得到了蓬勃的发展。

目前合成介孔材料主要采用水热合成法、室温合成、微波合成、湿胶合成法以及相转移法等。介孔材料的合成涉及到诸多的影响因素。比如说，一种模板剂可以合成出多种介孔材料，这就显示了合成过程中胶凝条件所起的重要作用：OH-浓度、投料比、各种原料的溶解度、凝胶老化时间、晶化时间、晶化温度、升温速度以及搅拌速度等都可能成为影响合成结果的因素。而有的合成方法是利用几种模板剂合成出同一种介孔材料。对于这种情况，模板剂相当于体积填充物，对分子筛结构的形成并无至关重要的贡献。

溶胶-凝胶法就是将金属醇盐溶解在有机溶剂中，通过水解聚合反应形成均匀的溶胶（Sol），进一步反应并失去大部分有机溶剂化成凝胶（Gel），再通过后处理，制备成所需材料的化学方法。Stober等人[7]发现用氨水作为硅烷（如四甲氧基硅烷，TEOS）水解反应的催化剂可以控制SiO2粒子的形状和粒径，制备出了粒径较为单一且分散性良好的，直径在50 nm到2 μm的SiO2纳米粒子。SiO2的粒径易受反应物的影响，如水和氨水的浓度、硅酸酯的类型（正硅酸四甲酯、正硅酸四乙酯、正硅酸四丙酯等）、不同的醇（甲醇、乙醇、丙醇、戊醇等）、催化剂的种类（酸或碱）及不同的温度等，对这些影响因素的调控，可以获得各类结构的纳米SiO2[8-9]。

1 实验部分

1.1 实验仪器及试剂

实验仪器：250 mL圆底三颈烧瓶，机械搅拌装置，250 mL量筒，1 mL移液管，恒温水浴锅，透射电镜（TEM）（Tecnai 12，荷兰Philips公司），扫描电镜（SEM）（S-4800，日本，电压15 kV）

试剂：十六烷基三甲基溴化铵（C19H42BrN，CTAB，A.R.，江苏永华精细化工品有限公司），四甲氧基硅烷（C4H12O4Si，TEOS，A.R.，阿拉丁化学试剂有限公司），氢氧化钠（NaOH，A.R.，国药集团化学试剂有限公司），其它试剂均为分析纯并用去离子水配制。

1.2 实验步骤

介孔二氧化硅纳米粒子的合成参考Lai等人的文献[10]：取一定量的CTAB溶于96 mL去离子水，并加入到三颈烧瓶中，再将0.70 mL 2.00 M NaOH水溶液加入并充分混合均匀，将烧瓶放入水浴锅中加热，温度稳定到80 ℃后，将一定量的TEOS逐滴加入烧瓶中，反应在搅拌进行

2 h，体系冷却后过滤得到白色固体，将产物置于在550 ℃的烘箱中煅烧5 h，即可得到介孔二氧化硅纳米粒子。

2 结果与讨论

我们通过上述方法制备得到介孔二氧化硅纳米粒子，会随着CTAB和TEOS的加入量不同而得到不同孔径、不同粒径的产物。当称取的CTAB分别为0.10 g、0.20 g和0.25 g，而固定TEOS为1mL时，分别得到不同的介孔二氧化硅纳米粒子，分别用透射电镜表征如图1所示。用低温氮吸附法测定介孔二氧化硅纳米粒子的比表面积、平均孔径和孔容，具体数据见表1

所示。

从以上的实验数据可以看出，CTAB量的改变几乎不影响介孔二氧化硅纳米粒子的粒径，但是介孔二氧化硅纳米粒子的比表面积会随着CTAB量的增加而增加，相对来说，当CTAB的加入量為0.20 g时，介孔二氧化硅纳米粒子的粒径更均一，平均孔径较小。

另外，我们还讨论了加入不同TEOS量对介孔二氧化硅纳米粒子粒径的影响。固定CTAB为0.20 g，分别向反应体系中加入TEOS为0.5 mL、1 mL和1.5 mL，得到不同粒径的介孔二氧化硅纳米粒子，分别用透射电镜表征如图2所示。用低温氮吸附法测定介孔二氧化硅纳米粒子的比表面积、平均孔径和孔容。具体数据见表2

所示。

由以上两组数据可以看出，随着TEOS量的增加，介孔二氧化硅纳米粒子的粒径成增大趋势，而比表面积成下降

趋势。

3 结语

该文采用CTAB为模版，溶胶凝胶法合成了介孔二氧化硅纳米粒子，制备得到的产物粒径分布较均匀。通过透射电镜和低温氮吸附等表征方法对合成介孔二氧化硅粒子的结构和性能进行了分析，发现CTAB量的改变几乎不影响介孔二氧化硅纳米粒子的粒径，但是介孔二氧化硅纳米粒子的比表面积会随着CTAB量的增加而增加；而随着TEOS量的增加，介孔二氧化硅纳米粒子的粒径成增大趋势，而比表面积成下降趋势。

参考文献

[1] C.T.Kresge，M.E.Leonowicz，W.J.Roth，et al.Nature.1992，359：710.

[2] J.S.Beck，J.C.Vartuli，W.J.Roth，et al.J.Am.Chem.Soc.1992，114：10834.

[3] A.Shayari.Chem.Mater.1996，8：1840.

[4] H.Yang，N.Coombs，A.Kuperman，et al.Nature，1996，379：703.

[5] X.Feng，F.Fryxell，L.Q.Wang，et al.Science，1997，276：923.

[6] R.Liu，P.Liao，J.Liu，Langmuir 2011，27，3095.

[7] W.Stober，A.Fink，E.Bohn.J.Colloid Interf.Sci.1968，26：62.

[8] 瞿其曙，何友昭.超细二氧化硅的制备及研究进展[M].硅酸盐通报，2009，19：57.

[9] 胡兵，蒋斌波，陈纪忠.单分散性SiO2的制备与应用化工进展，2005，6：603.

水热法制备纳米三氧化钼的研究 第4篇

关键词：三氧化钼,离子交换,水热法

自从纳米技术诞生以来, 纳米材料的受到了越来越多的关注, 而纳米材料的制备成为了当今材料领域的研究热点。纳米三氧化钼由于特殊的层状结构在许多领域具有广泛的应用前景, 如阻燃抑烟、电池电极、催化剂和传感器等。目前纳米MoO3材料的制备方法很多, 其中主要包括气相沉积法、沉淀法、水热法、溶剂热法及溶胶 - 凝胶法等。利用这些方法陆续合成了多种形貌的MoO3材料, 其中包括晶须状、纤维状、线状、棒状、薄膜状、薄片状、纳米带、纳米线、纳米管、球形等。大量的研究结果表明:纳米MoO3的尺寸及形貌对其性能的影响至关重要。本文叙述的是以仲钼酸铵为原料, 以离子交换得到的钼酸为前躯体, 采用水热法制备纳米MoO3, 考察了水热时间和水热温度对产物结构和形貌的影响。

1 实验部分

1.1 原料的选择

实验用原料:仲钼酸铵, 分析纯, 金堆城钼业公司;盐酸, HCl, 分析纯, 荣阳长城化工厂;无水乙醇C2H5OH, 分析纯, 西安化学试剂厂;732型阳离子交换树脂, 上海化学试剂厂。

1.2 装置与仪器

超声波清洗器, KH-500DE, 昆山禾创超声波有限公司;加热鼓风干燥箱, 101-1, 北京科伟永兴仪器有限公司;离心分离机, TD5A-WS, 长沙维尔康湘鹰离心机有限公司;水热反应釜, 自制;离子交换柱, 西安玻璃仪器厂。

1.3 实验过程

称取一定量的仲钼酸铵倒入烧杯中, 再加入适量的去离子水, 用玻璃棒充分搅拌, 配制一定浓度的仲钼酸铵溶液, 然后将仲钼酸铵溶液倒入离子交换柱中, 通过离子交换得到蓝色钼酸溶胶, 将钼酸溶胶放入自制的聚四氟乙烯内衬中, 再把内衬放入水热反应釜内拧紧、密闭。将水热反应釜放置在加热鼓风干燥箱中, 设定好加热温度和加热时间, 反应结束后, 用无水乙醇和去离子水反复洗涤沉淀3次, 用离心机分离沉淀, 最后将沉淀放入干燥箱中, 在60℃下干燥12h, 得到最终产物。利用X-射线衍射和扫描电子显微镜对产物的物相及形貌进行表征。

2 结果与讨论

2.1 水热反应时间对产物的影响

考察了水热反应时间对实验结果的影响, 装有钼酸溶胶的水热釜放入温度为220℃的干燥箱中, 分别反应1h、4h、8h及12h, 然后通过X-射线衍射进行分析, 结果如图1所示。在图中可以看出, 在四种反应时间下, 水热反应生成的产物均为正交相Mo O3, 随着反应时间的增加其主要衍射峰更加尖锐, 其强度逐渐增强, 这说明反应时间的增加有利于产物的结晶度, 同时其择优取向的趋势更加明显。

从图2中可以看出:当反应1h时, 产物为无规则絮状;反应4h时, 产物出现纤维状结构, 此时晶体生长还未完全;反应时间达到8h时, 产物以带状为主, 但仍有少量纤维状物质;反应达到12h后, 产物已完全转变为稳定的正交相Mo O3纳米带, 纳米带表面光滑。

2.2 水热反应温度对产物的影响

图3通过离子交换法制备的钼酸溶胶为反应前驱体, 分别在100℃、140℃、180℃和220℃反应12h产物的XRD图。当反应温度为100℃, 产物的XRD图中的主要衍射峰归属为六方晶系的Mo O3 (JSPDS卡号:21-0569) , 无其他杂峰出现;当反应温度140℃时, 样品的XRD图中h-Mo O3衍射峰有所降低, 同时出现α-Mo O3特征峰;当继续提高反应温度到180℃时, h-Mo O3的衍射峰消失, α-Mo O3特征峰明显增强;随着反应温度的继续升高, 产物的衍射峰强度更大, 产物的择优取向越加明显。

通过SEM观察了不同水热温度下产物形貌, 从图4中可以看出:当反应温度为100℃时, 产物为六棱柱状;随着温度的升高, 逐渐有纤维状产物生成, 温度180℃时, 六棱柱全部消失, 转化为带状产物, 但此时产物部分团聚, 晶格缺陷明显;当反应温度达到220℃, 产物为纳米带, 此时产物大小均一, 分散性良好, 纳米带表面光滑, 无明显晶格缺陷。

综上所述, 反应时间是水热合成纳米Mo O3的关键因素, 晶体的生长必须保证有充分的反应时间, 产物结晶时间较短, 则会影响晶体的生长, 形成无特定形貌的产物。反应温度则为结晶提供了动力, 反应温度较低, 只能生产亚稳态的h-Mo O3, 随着温度的升高, 产物会晶粒溶解-再结晶的过程, 最终得到稳定的α-Mo O3。

3 结论

本实验在不适用任何模板剂的条件下, 以离子交换的到的溶胶为前躯体, 采用水热法合成了正交相Mo O3纳米带。通过XRD和SEM对不同温度和不同反应时间产物进行表征, 结果表明, 反应时间和反应温度对产物具有关键的影响, 反应时间较短时, 产物无特定形貌, 随着反应时间的增长, 产物形成带状结构;反应温度较低时, 首先生成亚稳相h-Mo O3, 随着反应温度的升高, h-Mo O3最终转变为稳定相α-Mo O3。

参考文献

[1]赵延霞.用磷酸酸化仲钼酸铵制备纳米三氧化钼[J].延安职业技术学院学报, 2011.

纳米三氧化钼 第5篇

氧化锆是一种重要的结构和功能材料，它具有非常优异的物理及化学性质[1].氧化锆的高温稳定性和隔热性最适合做陶瓷涂层和高温零部件，他特殊的晶体结构使之成为重要的电子材料[2].而陶瓷材料的优越性能依赖于粉体的性能，纳米粉体的应用不仅与氧化锆的纯度、结构有关，而且粉体的粒度、分散性、形貌对粉体的应用也具有较大的影响。其中球形且单分散的粉体所制备陶瓷材料具有低的烧结温度、高的致密性及均匀的微观结构而被引起广泛关注[3-4].通常制备氧化锆颗粒的方法有共沉淀法[5-7]、水热合成法[8]、微乳法[9-11]及模板法[12].特别是模板法，因其反应条件温和、所制备的粉体形貌可控、模板易去除等优点而被关注。丁汉民[13]采用TritonX-100/n-C10H21OH/H2O为模板制备不同形貌的葡萄糖锌粉体，并讨论模板的组成、体系温度、反应物温度对所制备的粉体形貌的影响。F.G.Freitas[14]利用溶致液晶模板的六角相制备的不同陶瓷材料，并对所制备的材料形貌进行调控，使其定向生长。Santos[15]在溶致液晶六角相中直接成核，制备了氧化锆晶须。

从目前研究的结果看以看出，采用模板法可以制备纳米材料[16-17],模板法多采用离子型表面活性剂或非离子型表面活性剂单一的表面活性剂组装，并采用其构建的模板合成了纳米Si、Pbs、Cus、Hgs等材料。

而采用混合型的表面活性剂组装成模板较少，而采用TritonX-100/SDS/H2O为模板法制备球形的氧化锆粉体未见报道。采用TritonX-100/SDS/H2O体系的层状相成功合成了球形纳米氧化锆粉体，并在低温（600℃）烧结时形成立方相的氧化锆。首先确定TritonX-100/SDS/H2O体系的层状相区，讨论反应物的加入对模板层状相区稳定性的影响，采用稳定模板通过控制反应物浓度最终获得球形纳米氧化锆，并进行形貌和结构等表征及其机理分析。制备的球形氧化锆粉体有望用于制备陶瓷材料等方面降低烧结温度、增加陶瓷强度，有待做进一步研究。

2实验

2.1实验试剂

2.2样品的制备及表征2.2.1TritonX-100/SDS/H2O体系模板的制备。配制不同浓度的十二烷基硫酸钠（SDS）溶液，按一定配比与曲拉通混合、配制一系列不同组成的样品，搅拌、离心，两个步骤反复进行，使样品体系充分混匀。由于表面活性剂粘度较大，混匀过程往往需要较长时间，也可以对混合物稍稍加热（恒温55℃），在其流动性增加的基础上对其进行混匀，将混匀的样品在25℃恒温放置24h.观察液晶样品外观，包括流动性、均匀性及分相程度，记录观察现象。样品的双折射性可通过偏光显微镜（两个垂直正交的偏光片）进行初步观测，更为精确的织构则由佩戴CCD的偏光显微镜测得。取少量液晶样品，置于载玻片与盖玻片之间，在偏光显微镜下观察并记录其织构图像。

2.2.2氧化锆（ZrO2）纳米粉体的制备

模板法制备氧化锆纳米粉体步骤如下：（1）配制不同浓度的ZrOCl2·8H2O及氨水溶液，标定后以备使用；（2）在溶致液晶层状相区内取点，将一定量的ZrOCl2·8H2O及氨水溶液代替组分水；（3）将TritonX-100/SDS/ZrOCl2·8H2O及TritonX-100/SDS/NH3·H2O两体系充分震荡混合后在恒温水浴下恒温；（4）在高速离心机下离心，采用乙醇及水洗涤粉体，洗涤数次，直到完全不存在Cl-;（5）100℃下在真空干燥箱内干燥8h;（5）以5℃/min在马弗炉内600℃煅烧。

2.2.3粉体的观察与表征

体系的织构图像采用ceiss（AxioScope.A1）显微镜观察。氧化锆的晶型用JapaneseD/MAX2500VB型粉末X衍射仪（Cu靶，Kaλ=0.15404nm）分析在600℃温度下所得粉体的物相；粒径及粒度分布采用NanoZS90进行测定；形貌用JEM-200CX型透射电镜对粉体的形貌、颗粒度大小及团聚状况进行观察；用PT1600型热分析天平进行热重分析，测定升温反应过程中样品的质量变化。FT-IR光谱由美国Nicolet傅立叶-红外（FT-IR）光谱仪（Nexus）分析测定。

3结果与讨论

3.1SDS/TritonX-100/H2O三元体系的相行为

图1给出了25℃时SDS/TritonX-100/H2O三元体系的部分相图。从图1上可以看到，在远离TritonX-100轴的一侧存在一个范围层状液晶区域，对应SDS含量约为13.5%~70%,对应H2O含量约为10%~50%,对应的右图为层状相区典型的十字花纹织构。

3.2TritonX-100/SDS/H2O层状液晶体系相结构的稳定性

3.2.1TritonX-100/SDS/NH3·H2O层状液晶体系的稳定性

由于向溶致液晶的水层区域引入了溶液，溶液可能对溶致液晶结构产生一定的影响。首先对反应物加入后液晶的织构进行了表征。图2（a）-（d）分别为相同的TritonX-100/SDS/H2O三者比例（2.468/20.126//77.406），以质量浓度6.25%,8.3%,12.5%,25%的氨水替代组分水的偏光显微照片（POM）。从POM图中可以看出溶致液晶呈现各向异性，显示出明显的十字花形双折射效果，这是层状液晶的特征织构，表明氨水加入量对液晶的层状结构整体并没有影响，当浓度小于25%时并未受到破坏，也保证了纳米粒子被组装时能够复制模板的结构，当加入的氨水浓度大于25%时影响了模板的稳定性，破坏了模板的层状结构。

3.2.2TritonX-100/SDS/ZrOCl2·8H2O体系层状液晶体系的稳定性

图3（a）-（d）分别为相同的TritonX-100/SDS/H2O（2.468/20.126/77.406）三者比例，加入不同浓度的氯氧化锆0.5,1.0,1.5和2mol/L的POM照片，当氯氧化锆浓度小于1.5mol/L时照片中有条纹织构和十字花织构，说明这些体系有层状液晶结构存在，氯氧化锆的加入量在此范围内不影响溶致液晶的微观结构，但是改变氯氧化锆的浓度，当浓度增大到2mol/L时，液晶会呈现乳脂状并且不透明，这可能是氯氧化锆的浓度大，水渗透到溶致液晶的层间，导致氯氧化锆到达饱和度析出，一定程度上影响了溶致液晶的微观结构。

3.3氯氧化锆浓度对所制备粉体粒径的影响

为了考察氯氧化锆溶液的浓度对做制备纳米氧化锆粒径的影响，固定三者比例TritonX-100/SDS/H2O（2.468/20.126/77.406）以氯氧化锆代替组分水，氨水浓度为12.5%,氯氧化锆的浓度分别为0.5,1.0,1.5和2.0mol/L所制备的粉体的粒径与浓度的关系见图4.从图4可以看出，随着氯氧化锆浓度的增大，所制备的粉体粒径增大，可能的原因是虽然氯氧化锆与氨水均溶于表面活性剂的水层中而不溶于表面活性剂层，反应限制在二维水层中，溶致液晶长程上表面活性剂层、水层相间周期排列限制了产物在长程上的生长，但浓度增大在水层中成核和晶体生长速度增大，影响所制备纳米粉体的粒径。当氯氧化锆浓度增大到2mol/L,模板的稳定性受到破坏，二维水层的限制力减小，粒径变大。

3.4氨水浓度对所制备粉体粒径的影响

为了考察氨水的浓度对所制备的氧化锆粒径的影响，固定TritonX-100/SDS/H2O三者比例为2.468/20.126/77.406,氯氧化锆的浓度为1mol/L,分别将浓度为25%,12.5%,8.3%和6.25%的氨水替代组分水，所制备的粉体的粒径与氨水浓度的关系。从图5可看出，粉体的粒径随着氨水的浓度增大呈现增大趋势，在上面我们讨论过氨水的浓度在这个范围内，不影响模板的稳定性，模板仍保持完整性，可能导致粒径变大的原因是，反应体系的pH值大，更接近所制备粉体的等电点，导致制备的粉体更易团聚，粒径增大。

3.5样品的表征

采用TritonX-100/SDS/H2O三者比例（2.468/20.126/77.406）的模板，氯氧化锆浓度为1.0mol/L,氨水浓度为6.25%,制备样品A,将所制备的样品A前驱体在80℃下干燥12h,所得粉体做TG/DSC测试，结果如图6所示。图6差热可以看出氧化锆前驱体均在113℃左右出现尖锐的吸热峰并伴有较大失重，这主要是粉体中物理结构水和化学吸附水挥发引起的。

在313℃左右有放热峰的出现并伴随失重，是粉体中有机物燃烧放热导致的。从图中热重可以发现，氢氧化锆前驱体在250℃以后仍然有持续的失重，而且这一趋势保持到400℃以后，总体失重达到30%.氢氧化锆前驱体在加热过程中开始晶化的温度（550℃），故前驱体的煅烧温度确定在600℃。

为了考察模板的脱除情况，对煅烧前后的样品进行了红外图谱测定。图7为600℃煅烧前的样（a）和煅烧后的样（b）的红外图谱。图7（b）中3441cm-1被认定为O-H伸缩振动吸收峰，而2932.0和2850.6cm-1为-CH2-的反对称和对称伸缩振动，1465.8cm-1烷基链的剪式振动；1051.1cm-1为-CH2CH3-的特征吸收峰在煅烧后消失，说明表面活性剂在煅烧后能够除去。因此，煅烧温度确定为600℃。

图8为制备的粉体在600℃下煅烧的XRD衍射图，通过XRD对样品进行分析，样品为立方相的氧化锆，晶格常数a=0.5313nm,b=0.5213nm,c=0.5147nm,β=99.22,与标准卡片PDF03-0640的峰形完全一致，在图中没有发现其它杂峰，并且样品具有很好的纯度及结晶度。用扫描及透射电镜观察其形貌照片分别见图10及图11,可以看出粉体的粒径成球形并分布均匀，基本无团聚，图颗粒尺寸约为15~30nm.3.6机理分析

根据POM对溶致液晶的表征结果以及TEM、SEM对氧化锆样品的表征结果，分析层状液晶中制备纳米结构氧化锆的示意图如图11所示。纳米粒子在复制层状液晶微观结构后，位于不同层的薄片状粒子堆叠并在表面活性剂的作用下自组装成球形结构。

4结论

纳米三氧化钼 第6篇

关键词： 纳米氧化铜；环境健康；生态毒理；细胞；生物体；综述

中图分类号： TQ131 2+1；X171 5 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2015）08-0340-04

伴随着纳米科技的快速兴起与发展，在20世纪80年代末、90年代初期，种类繁多的纳米科技产品迅速走进了人们的视野。科学家们对纳米技术的发展作了预言：纳米科技的发展将会给社会带来非常大的经济利益，能够促进先进材料的制造、新型能源的开发、生物技术的发展、疾病的诊断和治疗等 [1]。纳米材料由于尺寸较小、化学组成与结构的特殊性，以及不同于以往传统材料的特殊物理化学特性（如小尺寸效应、大比表面积、高表面界面效应、高量子尺寸效应、高量子隧道效应等），目前已经被广泛应用于医药、电子、能源、环保、通讯、化妆品、航空航天、材料等领域。纳米材料在生活、工作中的广泛运用，使得人类与其接触的机会大大增加，因此纳米材料逐步渗透到人类的生存环境和生态系统中。由于纳米材料本身所具有的特殊性，它们易于与生物体的细胞器、细胞、组织器官，甚至是蛋白质这类大分子物质等相互作用，可能造成细胞以及组织器官的功能异化，从而给生物体的健康带来诸多影响。因此，纳米材料是否会给人们的生活工作环境带来污染、是否会对生物体的健康带来影响、是否会造成生态环境的破坏这一系列问题引起了各国研究者及政府部门的广泛关注 [2-4]，对纳米材料的生物安全性进行评价已成为当务之急。目前广泛应用的纳米材料主要有以下几大类：碳纳米管（CNTs）、富勒烯（fullerene）、量子点（QDs）、金属氧化物（氧化铁、二氧化钛、氧化铜）等 [5]，其中纳米氧化铜（CuO）是应用最广泛的纳米材料之一。易于形成片状结构，较薄的纳米片向各个方向生长，经缠绕交织而形成花状、蒲公英状、管状、伞状、线状、棒状等结构。由于具有良好的催化活性、热传导性及气敏性，目前纳米CuO已被大量开发生产，广泛用于电池、太阳能转换、气体传感器、微电子、传导液、杀菌、新型的催化剂（取代贵金属）、化妆品等与人们生产生活息息相关的行业中。纳米CuO被认为是在21世纪应用最广泛的新材料、新产品，下面简要介绍纳米CuO在相关行业中的应用。

1 1 新型催化剂

在有机化学反应中，纳米CuO是最为广泛使用的催化剂。甲醇作为新兴的生物质能源，是当今的研究热点，为了实现其能源的快速完全转化，有利于促进能量的完全释放，将纳米CuO加入到甲醇的氧化反应中。在纳米CuO的催化作用下，甲醇在210～220 ℃时的转化效率达到90%，远高于添加其他纳米材料。

在生物科技领域，纳米CuO可催化氨基酸并使其发光，实现对氨基酸的检测。有研究者利用低温固相法所制得的纳米CuO来催化精氨酸天冬氨酸的鲁米洛化学发光体系，经过对比发现，相对于分析纯CuO、Cu 2+，纳米CuO的催化活性分别提高了5 65、4 51倍 [6]。此外，在检测氨基酸方面，纳米CuO也表现出了较高灵敏度，可作为氨基酸检测的新型方法。

1 2 杀菌作用

目前被采用的抗菌剂大部分为光催化类抗菌剂，这种抗菌剂多数是属于宽禁带的n型半导体氧化物，半导体的能带结构通常是由1个充满电子的低能价带（valenee band，VB）和空的高能导带（conduetion band，CB）构成，二者之间存在禁带。当能量大于或等于半导体带隙能的光波辐射时，处于价带的电子（e-）就会被激发到导带上，价带生成空穴（h+），从而在半导体表面产生了具有高度活性的空穴电子对，并与环境中的O2、H2O 发生作用，细胞中的有机物分子与产生的活性氧自由基发生化学反应，从而达到杀菌的目的 [7]。CuO属于p-型半导体，自身存在空穴（CuO）+，可能与环境发生作用而起到抗菌或抑菌的作用。Mahapatra等采用液相法，Cu（OH）2 前驱体以碱式 CuCO3、NaOH为原料所获得，然后将其热分解得到纳米CuO，研究结果表明，纳米CuO对肺炎杆菌、绿脓杆菌有良好的抑菌作用 [8]。

1 3 传感器的应用

物理传感器、化学传感器是现阶段最主要的2类传感器。物理传感器是以外界的热、光、磁、温度、湿度等物理量为对象，将检出物理量转变成电信号的装置。化学传感器则是把特定化学物质的种类和浓度转化成电信号的装置，将敏感材料与待测物质的分子、离子等相互接触，根据电信号的变化来开发化学传感器。因此传感器能较为灵敏地反映外界环境中某些物质的变化，广泛应用于环境检测、气象预报、医疗诊断等方面。半导体金属氧化物CuO可作为还原性气体（CO、H2、CH4）和氧化性气体（NOx）检测的灵敏材料 [9]。此外，纳米CuO具有高比表面积、高表面活性、特异物性、小尺寸性等一系列特点，加上对于外界环境变化如温度、光、湿度等方面的灵敏反应，因此将纳米CuO包裹在其他材料的表面，将大大提高传感器对CO、乙醇的选择性，为检测环境质量提供了更为灵敏及先进的方法 [10-12]。

1 4 与其他材料复合

复合纳米材料由于具有单一纳米材料所不具备的特点而受到人们的普遍关注，纳米CuO与其他材料复合而形成的复合材料具有良好的物理特性。

作为催化剂，纳米CuO的催化活性点很低，而与其他材料复合后，例如CuO/CeO2在160 ℃且存在H2的情况下，CO有很高的催化活性和选择性，其催化活性远高于相同条件下制备的Co/Mn [13]。纳米CuO与其他材料所得的复合材料不仅可以作为CO与氮氧化物的氧化、还原催化剂，还可充当挥发性有机气体、甲烷燃烧的催化剂。在复合材料中添加适量的CuO，可以提高甲烷的起始燃烧温度达到350 ℃，完全燃烧温度达到630 ℃，使用这种复合材料将会大大提高染料的燃烧率，从而节省能源。此外复合纳米材料具有一定的热稳定性，当焙烧温度达到800 ℃，复合材料仍具有较好的催化活性 [14]。白守礼等通过合成3种不同CuO复合材料，分别为CuO/Al2O3、CuO/CeO2、CuO/SiO2，对比这3种复合材料的气敏活性结果表明，复合氧化物的比表面积对CO、H2的灵敏度都显著提高，这可能是由纳米氧化复合物之间的电子相互作用和化学叠加效应所造成的 [15]。

纳米氧化锌的制备 第7篇

1 实验部分

1.1 原料

硫酸锌、碳酸铵均为分析纯。

1.2 仪器与分析表征

SDT Q600热分析仪(美国TA公司);采用D/Max-RA型旋转阳极X射线衍射仪(日本Rigaku公司)测定纳米氧化锌的晶型,采用Scherrer公式计算晶粒尺寸;采用JEM-2010型高分辨透射电子显微镜(日本JEOL公司)观察纳米氧化锌粒子的原始粒径和形貌。

1.3 纳米氧化锌的制备

维持一定反应温度,一边搅拌一边将一定浓度的碳酸铵溶液逐渐滴加到相同浓度的硫酸锌溶液中,至pH=8为止,熟化1h,反应生成纳米氧化锌前驱体;然后将其过滤,洗涤至滤液中检测无SOundefined(BaCl2溶液的浓度为0.2 molL-1),110℃下烘干10h,然后放在马弗炉中煅烧2h,即得产品。

2 结果与讨论

2.1 纳米氧化锌前驱体的热分析

在反应温度为60℃、碳酸铵与硫酸锌的浓度均为1molL-1的实验条件下,所得前驱体的TG -DTG曲线如图1所示。

由图1可见,150℃以下,样品的失重率约为3%,为吸附水的脱附所致;在150~300℃,样品失重率高达21.26%,与Zn4(OH)6CO3的理论失重率21.40%相接近,对应DTG曲线有1个大的失重峰,说明此前驱体发生了分解反应;当高于400℃时,样品的失重率变化很小,这是因为纳米氧化锌的表面羟基脱除所致。表明400℃之前前驱体已全部分解。

2.2 煅烧温度对纳米氧化锌粒径的影响

在反应温度为60℃、碳酸铵与硫酸锌的浓度均为1molL-1的实验条件下,不同煅烧温度下所得样品的XRD图谱如图2所示。

由图2可见,300℃时,已出现明显的氧化锌衍射峰(JCPDS为36-1451),表明前驱体已基本分解。随着煅烧温度的升高,纳米氧化锌的衍射峰越来越尖锐,说明其晶粒尺寸在不断地长大。利用Scherrer公式估算出不同煅烧温度下的纳米氧化锌晶粒的100、002和101晶面的晶粒尺寸,其结果如表1所示。由表1可见,100、002和101晶面的晶粒尺寸比较接近,说明纳米氧化锌颗粒近似为球形。

不同煅烧温度下所得的纳米氧化锌的TEM照片见图3。

由图3可见,300℃、500℃、700℃时,所得产品的原始粒径分别为10~15nm、20~30nm和50~100nm,且均近似为球形。对比表1和图3可以发现,Scherrer公式所得的晶粒尺寸小于TEM的分析结果,且随着煅烧温度的升高,两者的偏差越来越大。这是由于纳米氧化锌粒子粒径小,表面能高,会相互聚集成聚合体,在高温下,聚集体内的纳米微晶会相互融合成大颗粒,因此团聚现象更加严重。

2.3 反应物浓度对纳米氧化锌粒径的影响

在反应温度为60℃、煅烧温度为500℃的实验条件下,不同反应物浓度所得产品的XRD图谱和TEM照片分别如图4和图5所示。

通过图4可以看出,当反应物浓度为3molL-1时,所得产品的衍射峰最尖锐。经谢乐公式计算,反应物浓度为0.2molL-1、1molL-1和3molL-1,所得纳米氧化锌的平均晶粒尺寸分别为22.83nm、17.73nm、27.53nm。当反应物浓度为1molL-1时,所得样品的晶粒尺寸最小,当反应物浓度较低或较高时,纳米氧化锌的晶粒尺寸均有所增加。这是因为反应物浓度低时,制备过程初期的前驱体的成核数目少,后期前驱体的生长速度大于成核速度;反应物浓度过高时,反应体系的晶核浓度大,晶核间相互碰撞几率高,造成纳米原生粒子间的团聚现象加剧。

比较图5中的a、b和c可以发现,当反应物浓度为1molL-1时,所得样品的原粒径最小,且分布均匀。当反应物浓度较低或较高时,纳米氧化锌的颗粒尺寸均明显变大,团聚现象严重,这与XRD分析结果相一致。

2.4 反应温度对纳米氧化锌粒径的影响

在煅烧温度为500℃、碳酸铵与硫酸锌的浓度均为1molL-1的实验条件下,不同反应温度下所得样品的XRD图谱和TEM照片分别如图6和图7所示。

通过图6可以看出,反应温度为30℃时,所得产品的X射线衍射峰强度最强,而反应温度为60℃和90℃时,所得产品的X射线衍射峰差别不大。经谢乐公式计算,反应物温度为30℃、60℃和90℃所得纳米氧化锌的平均晶粒尺寸分别为29.83nm、17.73nm、18.30nm。反应温度较低或较高时,纳米氧化锌的晶粒尺寸比60℃时较大。这可能是由于,反应温度较低时,制备过程中前驱体的成核数目少,生长速度大于成核速度;反应温度较高时,前驱体粒子的动能大,相互之间碰撞几率高,小粒子容易团聚形成聚集体(也可从TEM照片中看出)。另外, 沉淀剂碳酸铵在高温下易分解, 造成碳酸铵的用量增大。

比较图7中的a、b和c可以发现,反应温度为30℃时,纳米氧化锌的原始粒径最大;而反应温度为60℃和90℃时,纳米氧化锌的原始粒径相差不大,这与XRD分析结果相一致。但反应温度为90℃时,团聚现象明显加剧。

3 结 论

(1)热分析结果表明,前驱体为Zn4(OH)6CO3。 (2)直接沉淀法的最佳制备工艺:反应物浓度为1molL-1,反应温度为60℃,煅烧温度为500℃。

摘要：以硫酸锌和碳酸铵为原料,直接沉淀法制得纳米氧化锌的前驱体,然后煅烧得到纳米氧化锌。采用TG-DTG、XRD和TEM等测试手段对其进行了表征。结果表明,前驱体为Zn4(OH)6CO3。通过控制煅烧温度、反应温度和反应物浓度可以得到不同粒径的球形纳米氧化锌。得出了最佳制备工艺条件。

关键词：纳米氧化锌,制备,粒径

参考文献

[1]Ristic M,Music S,Ivanda M,et al.Sol-gel synthesis andcharacterization of nanocrystalline ZnO powders[J].Journal ofAlloys and Compounds,2005,397:L1-L4.

[2]姚超,吴凤芹,林西平,等.纳米氧化锌的制备和表征[J].涂料工业,2003,33(12):9-12.

[3]丁士文,张绍岩,刘淑娟,等.直接沉淀法制备纳米ZnO及其光催化性能[J].无机化学学报,2002,18(10):1015-1019.

[4]汤皎宁,龚晓钟,李均钦.均匀沉淀法制备纳米氧化锌的研究[J].无机材料学报,2006,26(1):65-69.

[5]王金敏,高濂.纳米ZnO的沉淀法制备、表征及影响因素分析[J].无机材料学报,2003,18(6):1357-1361.

[6]崔若梅,张文礼,徐中理,等.纳米氧化锌的制备与表征[J].化学世界,1999,12:630-633.

[7]Ohara S.,Mousavand T.,Umetsu M.,et al.Hydrothermalsynthesis of fine zinc oxide particles under supercritical condi-tions[J].Solid State Ionics,2004,172:261-264.

纳米氧化铝新工艺 第8篇

我国目前对纳米氧化物粉体需求量每年达万吨以上, 主要依赖进口, 国内尚无工业化生产。用化学晶种均匀沉淀法生产的纳米氧化铝、纳米氧化锌是国家高新技术产品, 又称高纯度细微金属氧化物, 其粒径介于30nm~100nm。据技术开发单位江西省华德润精细化工厂总工程师邱万禄介绍, 纳米氧化铝可显著提升皮革、涂料、精细陶瓷以及纳米复合材料的性能, 其特殊用途已引起产业界的高度重视。高档涂料的耐擦洗次数原来只有5000次, 加入纳米氧化铝后, 耐擦洗次数可提高到1万次;以前皮革化工使用普通氧化铝, 皮面易脱落、老化, 产品寿命短, 质量不稳定, 采用纳米氧化铝后产品的抗断裂、韧性、抗老化性增强, 质量提高;在陶瓷生产中, 过去要在1200℃高温下才能得到合格的产品, 加入纳米氧化铝后, 在较低温度下就能获得优质精细陶瓷产品。

据了解, 制备纳米氧化铝的常用方法为溶胶凝胶法和沉淀法, 但国内起步较晚, 目前尚未看到工业化生产的报道。国外生产纳米氧化铝产品主要采用的气相法、激光诱导法存在技术复杂、投资大等不足。虽然我国也有科研人员采用激光法、高频等离子热解法制备纳米氧化铝产品, 但由于成本高、工艺不易控制、粒径分布宽, 难以形成规模生产。成本较低的沉淀法工艺也存在上述问题。

沉淀法制备纳米氧化铟粉末 第9篇

In2O3是一种非常重要的n型宽禁带透明半导体材料,它同时具备高可见光透过率和高电导率,这是很多其他材料无法比拟的[1,2]。由于其优异的性能,In2O3基靶材已经被广泛应用于太阳能电池、光电器件、液晶显示器等方面[3,4]。In2O3粉末作为制备In2O3基靶材所需要的主要原料,纯度高、分散性好、粒度细而均匀是其必备条件。因此探索一种可工业化生产符合上述要求的In2O3粉体的方法是必要的。

制备纳米In2O3粉体的方法有很多,如化学沉淀法[5]、微乳液法[6]、溶胶凝胶法[7]、水热法[7]、化学气相沉积[8]等。Zili Zhan等人用In(NO3)3和NH4OH为原料采用微乳液法在热处理温度为800℃时制得了平均粒径约为40nm的In2O3颗粒[6]。M.-M.Bagheri-Mohagheghi等人分别采用溶胶凝胶法和水热法制备了晶粒尺寸分布分别为10~45nm和3~25nm的纳米In2O3颗粒[7]。M.Seetha等人用InCl3和NaOH为原料采用化学沉淀法制备出了平均晶粒尺寸为50nm的In2O3颗粒[9]。

比较上述方法,化学沉淀法具有设备和制备工艺简单、制备条件易控、合成周期短等优点。但是该方法制得的粉末容易产生团聚,从而影响粉末的分散性能。很多研究者在化学沉淀法制备In2O3粉末的过程中加入表面活性剂来减轻团聚,但是这种方法本身引入了杂质,降低了In2O3粉体的纯度。本文中作者用化学沉淀法,通过严格的控制反应条件,有效控制粉体的团聚,制备出了平均粒径约为30nm的In2O3粉末,并采用XRD和TEM等手段研究了粉末的性能。

1 实验

1.1 粉末合成

在沉淀反应中影响粉末性能的因素主要有反应体系温度,反应溶液的PH值、反应物浓度和洗涤过程。反应温度过低会影响反应速率,过高容易发生团聚现象,且温度较高时生成能耗较大,综合考虑本实验中选定的温度为50℃。In3+沉淀完全时的pH值为4.6,当pH值超过11时,沉淀会部分溶解[10],同时PH值过低沉淀反应不完全,减少了原料的利用率,PH值过高沉淀虽然生长速率加快,但颗粒易于团聚。故PH值设定为8左右较适宜。反应物浓度过低降低反应速率,从生产的角度来考虑是不合适的(产量太低);同时于产物浓度过高很容易产生团聚现象。同时考虑产率需求,浓度设定为0.2mol/L。In(OH)3的等电点约为7,当溶液的pH值在等电点以上时,In(OH)3表面带负电,会对Cl-产生排斥作用,有利于洗涤,实验中将洗涤用水调节到一个较高而又不会导致沉淀溶解的pH值,促进Cl-的洗涤。

具体的实验过程如下:将一定质量的纯铟块(纯度为4N)按照In与Cl原子1∶3.5的摩尔比加入优质纯盐酸中使它完全溶解制得InCl3溶液(反应过程:2In+6HCl=3H2↑+2InCl3),加入适量高纯去离子水(电阻大于15M)使InCl3溶液的浓度为0.2mol/L,然后将装有InCl3溶液的烧杯置于恒温水浴锅中,保持水浴温度为50℃,监测InCl3溶液的PH值,并向溶液中滴加氨水,直至PH值达8.0左右,持续搅拌混合溶液1h,使生成的氢氧化物沉淀完全(InCl3+3NH4OH=In(OH)3↓+3NH4Cl)。反应完全后将反应液静置5h老化,之后对沉淀物反复进行抽虑8~10次、直至沉淀物中的Cl-用硝酸银检测不出来为止。然后将沉淀物质放入真空冷冻干燥仪中干燥24h,得到白色的粉末状前驱体,将其放入电阻炉中在不同温度下烧结得到浅黄色的In2O3颗粒(2In(OH)3=In2O3+3H2O)。

2.2 粉末表征

采用Diamond TG/DTA型热重/差热综合热分析仪对前驱体进行TG-DTA检测,温度范围为25~800℃,升温速度为10℃/min。在室温下采用X'Pert PRO型X射线衍射仪(铜靶,λ=0.15406nm)对热处理前后的粉末样品的物相进行检测。采用Tecnai G2 20型透射电镜对粉末的微观形貌进行表征。

3 结果与讨论

3.1 TG-DTA分析

图1为In2O3粉末的前驱体的TG-DTA分析曲线。曲线1为DTA曲线,曲线2为TG曲线,DTA结果显示在220.9℃左右有一个吸热峰,在325.0℃左右有一个放热峰,TG结果显示在0~100℃,100~300℃范围内有两个很明显的失重台阶,300~800℃范围内的失重不明显。0~100℃时粉末失重明显,但对应的DTA曲线上没有放热或吸热峰,因此,失重是由前驱体粉末中吸附水分的蒸发导致,而100~300℃时粉末失重明显且有吸热峰,是由前驱体分解造成的。在325.0℃样品有明显放热而失重并不明显,目前关于此放热峰的原因尚未找到合理的解析。在400~800℃范围内失重曲线趋于平缓,也没有明显的吸热或放热峰,说明氢氧化物的分解已经基本完成。为了探讨相变过程、使氢氧化铟完全分解并避免由于温度过高引起的晶粒粗大,热处理温度分别为130℃,250℃,450℃,800℃。

3.2 物相分析

图2是前驱体未经热处理和分别经过130℃、250℃热处理1.5h的XRD结果。经过与JCPDS标准衍射卡对照可知,曲线1和2的产物为In(OH)3(PDF卡片号为01-076-1463),曲线3的产物为In2O3(PDF卡片号为01-076-1464)。因此,在130~250℃之间时,发生了In(OH)3的分解反应才发生(DTA吸热峰,220.9℃,7.63uV)。

图3为前驱体经过250℃,450℃,800℃处理1.5h的XRD结果,三个图谱中出现的衍射峰均为In2O3(PDF卡片号为01-076-1464)的衍射峰,这三种产物均是In2O3的立方晶系结构,表明在三种不同的温度下对In(OH)3粉末进行处理后生成的产物均为In2O3,没有任何杂质峰的存在。随着温度的升高,In2O3的衍射峰变得尖锐,强度也逐渐增强,表明In2O3粉末颗粒的界面结构变得有序,晶格缺陷逐渐减少,晶粒结构更加完整。

通过XRD结果,可通过Scherrer公式L=Kλ/(βCOSθ)[11]计算粉体的晶粒尺寸。Scherrer公式中K为0.89~0.9的常数,λ为X射线的波长,本实验所使用的是铜靶,λ=0.15406nm,β为衍射峰的半峰宽,θ为衍射角。均取第一强峰计算。计算得出氢氧化铟没有热处理和在130℃、250℃、450℃、800℃下处理1.5h后的产物的平均晶粒尺寸分别为34.2nm、47.9nm、13.7nm、14.3nm、32.5nm;显然晶粒尺寸中间的拐点是与In(OH)3向In2O3转变有关。

3.3 形貌分析

图4为前驱体在不同温度下处理后产物的TEM图,(a)为氢氧化铟,颗粒呈板条状,长约40nm,宽约20nm。(b)、(c)、(d)均为氧化铟,(b)中氧化铟颗粒呈球状,但晶界不是非常明显,晶粒尺寸为10nm左右,(c)与(b)相比晶界更明显,晶粒有所长大,尺寸为15nm左右,(d)与(c)相比颗粒形状更趋于球形,晶界变得十分清晰,晶粒长大明显,尺寸为30nm左右,且分布范围较窄。

TEM分析结果中所得到的粒径尺寸与XRD计算结果基本一致,说明粉体的分散性能较好,没有明显的团聚现象。

4 结论

本文以高纯铟、盐酸、氨水为原料,通过严格控制反应条件,用化学沉淀法制备了超细的In(OH)3粉末,经过800℃温度的热处理后,得到了晶粒平均尺寸约为30nm且粒度分布范围窄的In2O3粉末。分析结果表明,In2O3粉末单相,具有立方结构,微观颗粒呈球形,分散性好。该方法设备和工艺流程简单,而且产品性能好,易于进行工业化大规模生产。

摘要：为了开发适合工业化大规模生产超细且分散性好的In2O3粉体的方法,作者以金属铟、盐酸、氨水为原料,对化学沉淀法制备纳米氧化铟粉末的过程进行了研究。通过严格控制实验条件制备出了单相、分散性好、晶粒尺寸约为30nm,粒度分布范围窄的立方晶系纳米In2O3球形粉末。

关键词：化学沉淀法,In2O3,纳米粉末

参考文献

[1]Jae Myung Kim,Joung Kyu Park,Kyung Nam Kim,et al.Synthesis of In2O3 nano-materials with various shapes.Current Applied Physics,2006,6S1:198-201

[2]K G Gopchandran,B Joseph,J T Abraham,et al.The preparation of transparent electrically conducting indium oxide films by reactive vacuum evaporation.Vacuum,1997,volume 48(6):547-550

[3]Yingkai Liu,WeiguoYang,Dedong Hou,Controlsynthesis of octahedral In2O3 crystals,belts,and nanowires.Super 6│中国陶瓷│CHINA CERAMICS│2011(47)第1期lattices and Microstructures,2008,43:93-100

[4]E.C.C.Souza,J.F.Q.Rey,E.N.S.Muccillo.Synthesis and characterization of spherical and narrowsize distribution indium oxide nanoparticles.AppliedSurface Science,2009,255:3779-3783

[5]Huaming Yang,Aidong Tang,Xiangchao Zhang,etal.In2O3 nanoparticles synthesized by mechanochemical processing.Scripta Materialia,2004,50:413-415

[6]Zili Zhan,Wenhui Song,Denggao Jiang.Preparation of nanometer-sized In2O3 particles by a reverse microemulsion method.Journal of Colloid and InterfaceScience,2004,271:366-371

[7]M.-M.Bagheri-Mohagheghi,N.Shahtahmasebi,E.Mozafari,et al.Effect of the synthesis route on thestructural properties and shape of the indium oxide(In2O3)nano-particles.Physica E,2009,41:1757-1762

[8]Qingyan Wang,Ke Yu,Feng Xu,et al.Synthesis andfield-emission properties of In2O3 nanostructures.MaterialsLetters,2008,62:2710-2713

[9]M.Seetha,S.Bharathi,A.Dhayal Raj,et al.Optical investigations on indium oxide nano-particlesprepared through precipitation method.materialscharacterization,2009,60:1578-1582

[10]中南矿冶学院分析化学教研室,分析化学手册[M].北京:科学出版社,1997

纳米氧化锌的制备研究 第10篇

关键词：纳米氧化锌,制备,研究

前言

在林林总总的材料家庭成员中, 纳米复合材料已是其中一位新成员。传统材料缺乏系统的理论支撑, 纳米复合材料也需要新理论来加以完善及补充。纳米复合材料在这些新理论、新机理基础上将发展得更完善, 并向多元化及功能化方向发展。纳米Zn O是一种具有特异性能且用途广泛的特殊材料, 因此材质原因决定其超细的外型。世界各国都加大财务物力加以开发研制, 这也是我国“863计划”中的一个重点课题。用它可以生产各种用于特殊环境的材料, 如抗菌包装材料和抗菌塑料复合母料, 可获得可观的经济效益。从纳米Zn O的用途及性能, 人们看到了其广阔的经济利润及市场。我国广阔的土地上富含Zn资源, 这对纳米Zn O的开发利用有很利。纳米Zn O粒子表面极性较高, 表面没经过处理的纳米Zn O的表面能比处理过的高出很多且很容易团聚, 但与聚合物几乎不相容, 因此, 实现纳米Zn O粒子的超细微分散是得到性能优异的纳米复合材料的关键。表面处理即表面修饰, 如此可以降低纳米材料的表面极性, 提高纳米粒子在有机介质中的分散能力和亲和力, 扩大纳米材料的应用范围。目前, 利用化学方式在纳米表面添加适当覆盖层材料、改变纳米表面形貌使其表面钝化是纳米Zn O表面修饰的主要方法。

1 制备方法

1.1 反应机理

以七水合硫酸锌为锌源, 以尿素为均相沉淀剂, 采用均相沉淀法在微波辐射条件下制备纳米Zn O, 反应机理为:

90℃时尿素发生分解:

450℃焙烧时:

1.2 测试仪器、试剂及装置

微波炉 (格兰仕) ;磁力真空泵 (上海西山泵业有限公司) ;液体流量计 (苏州流量计厂) ;876-1型真空干燥器 (上海浦东跃欣科学仪器厂) ;721分光光度计 (上海第三分析仪器厂) ;循环水式多用真空泵 (郑州市华科仪器厂) 。

用日本日立公司的S-570扫描电子显微镜和H-600透射电子显微镜分析纳米颗粒的形态和尺寸;用美国Nicolet公司的FT-IR Avatar 360红外光谱仪分析纳米颗粒的化学组成;用美国Perkin-Elmer公司的Delta Series 7热分析系统分析中间产物。ZnSO47H2O, AR (上海金山区兴塔美兴化工厂) ;尿素, AR (中国医药集团上海化学试剂公司) 。

1.3 制备过程

实验过程分四个步骤: (1) 准备好一定量的蒸馏水, 将事先称取好的适量硫酸锌、尿素分别加入蒸馏水中, 将以上蒸馏水倒入三颈烧瓶中使之充分混合后放入微波反应器中; (2) 接温度计和冷凝管, 不断搅拌三颈烧瓶中的混合物, 使之升温, 在升温过程中尿素逐渐分析, 溶液变浑浊, 随之出现大量白色深沉, 在一定的微波辐射下, 反应一定时间后停止。 (3) 将三颈烧瓶放入冷水中冷却至室温后过滤, 用p H=9的氨水和无水乙醇分别润洗、抽滤, 再经真空干燥24h。 (4) 将粉末取出、研磨, 放入马弗炉, 在450℃下灼烧两小时, 研磨后可得纳米Zn O。

2 结果与讨论

2.1 粉体的SEM分析

硫酸锌浓度0.15 mol/L[1], 温度93℃, 时间2h[1], 在不同硫酸锌与尿素摩尔比下制备纳米Zn O[2]。可见粒子形态是长条形并且随着摩尔比的增加其长度明显增加。

图1 (b) 中的颗粒宽为30~40 nm, 图1 (c) 中的颗粒宽为50 nm, 而图1 (a) 中纳米颗粒粒径为30 nm左右, 这是由微波的非热效应决定的。在微波炉内存在着一个交变电磁场, 在电场力作用下, CO32-会沿着电场方向排列, 使晶粒优先沿电场方向生长, 可得到形状规则的长条形纳米Zn O, 且随着尿素浓度的增加, 长度也明显增加。在此反应中, 过量的CO32-还会一定程度地阻止纳米Zn O颗粒间的凝并现象, 使细长的晶粒得以保存下来。

2.2 样品的IR分析

纳米Zn O的IR分析见图2。由图可知, 3513.46cm-1处的吸收峰为氢键的O-H伸缩振动吸收带;1523.18cm-1处为自由水的H-O-H弯曲振动峰, 表明纳米Zn O容易吸水;216.77cm-1处为Zn O的特征吸收峰;1415.14cm-1处的吸收峰可能是少量的碳酸锌。

3 结束语

纳米Zn O具有较高的表面极性, 部分保留原始状态, 未经修改的纳米Zn O的表面能高, 非常容易团聚, 几乎不与其他聚合物相容, 由此可知, 实现纳米Zn O粒子的超细微分散是生产出性能优异的纳米复合材料的关键。

参考文献

[1]张兴法.磷石膏综合利用产出的氯化钙深加工研究[J].非金属矿, 2004, 27 (6) :6-7.

纳米三氧化钼 第11篇

摘要： 采用两种制备方法(M1、M2),分别对三种活性炭(AC1、AC2、AC3)进行负载纳米氧化铁实验研究.通过不同材料对Cu(Ⅱ)吸附量的筛选实验,得出 AC2M2对Cu(Ⅱ)吸附量最大.对AC2M2进行的静态吸附实验研究结果表明:pH值在1~6范围内,AC2M2对Cu(Ⅱ)的吸附量随pH值增大而增加;AC2M2对Cu(Ⅱ)的吸附规律符合Langmuir吸附等温模型和准二级动力学模型,与AC2相比,其最大吸附量提升了约113%,其吸附过程分为快速吸附、慢速吸附、动态平衡三个阶段;AC2M2对Cu(Ⅱ)的吸附是自发吸热过程,吸附机理主要以物理吸附为主,并同时存在化学吸附.

关键词： 活性炭; 纳米氧化铁; 重金属; 铜

中图分类号： X 52文献标志码： A

Experimental study on removal of Cu(II) by nanosized

iron oxide loaded activated carbon

LU Xiaokai, XU Zhihua, LI Yaru, YUAN Shijue

(School of Environment and Architecture, University of Shanghai

for Science and Technology, Shanghai 200093, China)

Abstract： Nanosized iron oxide was loaded onto three kinds of activated carbon (AC1, AC2, AC3) by two preparation methods (M1, M2). Within these materials, the results of screening tests of adsorption showed that AC2M2 has the maximum adsorption capacity of Cu(II). Batch adsorption experiment was carried out on Cu(II) adsorption by AC2M2. It was found that Cu(II) adsorption capacity of AC2M2 increased with solution pH from 1 to 6. The adsorption behavior of Cu(II) on AC2M2 obeyed Langmuir isotherm model and pseudosecondorder kinetic model. Compared with AC2, the maximum Cu(II) capacity of AC2M2 increased approximately 113%. The adsorption process was divided into fast adsorption stage, slow adsorption stage and dynamic balance stage. Adsorption thermodynamic data indicated that Cu(II) adsorption onto AC2M2 was a spontaneous endothermic process, and the adsorption mechanism mainly depended on physical adsorption and chemical adsorption existed at the same time.

Key words： activated carbon; nanosized iron oxide; heavy metal; copper

随着我国工业化不断发展,涉及重金属排放的行业越来越多,水体重金属污染日趋严重.含铜废水是一种较常见的重金属废水,广泛存在于电镀、金属冶炼等行业中.过量的铜离子长期存在于水体中,不但对水生生态系统造成破坏,而且能通过食物链进入到人体内危害人类的健康.在众多重金属处理方法中［1］,吸附法因其具有高去除率、低成本、易操作等优点成为一种优先选择的去除水体重金属的处理方法.活性炭是水处理领域中最常使用的吸附剂,但由于其自身的吸附特性,对有机物的去除效果较好,而对重金属的去除效果不甚理想.近来研究发现纳米氧化铁具有高效的吸附性能［2］,对重金属有极大的吸附容量,但在实际使用中存在易结块、水头损失大等缺点［3］.因此,为增强纳米氧化铁稳定性和适用性,保持其对重金属的高效吸附特性,本文提出以活性炭作为载体,将纳米氧化铁负载于活性炭上,制备一种高效稳定的复合吸附材料,研究其对Cu(Ⅱ)的吸附性能和吸附机理,为其实际应用提供一定的理论支撑.

1材料和方法

1.1制备方法实验所用的三种活性炭原料均为颗粒状煤质活性炭,经水洗、干燥预处理后待用,分别记作AC1、AC2、AC3.能源研究与信息2014年第30卷

第2期鲁晓凯,等:负载纳米氧化铁活性炭去除水中重金属铜实验研究

制备方法一:将10 g活性炭投加到50 mL、1 mol·L-1的 Fe(NO3)3溶液中,充分混匀后快速滴加100 mL、5 mol·L-1的NaOH溶液,并稀释至500 mL.将混合物置于70℃烘箱干燥72 h后,取出洗净并在100℃下干燥至恒重,保存待用,以M1标记.制备方法二:将10 g活性炭、25 g Fe2(SO4)3分别加入到1 000 mL、1 mol·L-1的NaOH溶液中,充分混合后置于40℃烘箱中密闭干燥48 h后,取出洗净并在100℃下干燥至恒重,保存待用,以M2标记.

1.2静态吸附实验

1.2.1制备方法筛选分别将0.1 g AC1、AC1M1、AC1M2、AC2、AC2M1、AC2M2、AC3、AC3M1、AC3M2投加至100 mL、40 mol·L-1的Cu(Ⅱ)溶液中,在25℃、150 r·min-1摇床中震荡24 h后,经0.45 μm滤膜过滤后测定其浓度.

1.2.2pH值影响分别将0.1 g AC2M2投加至100 mL的pH值分别为1、2、3、4、5、6,15 mol·L-1的Cu(Ⅱ)溶液中,放入恒温摇床(25℃、150r·min-1)震荡24 h后,经0.45 μm滤膜过滤后测定其浓度.

1.2.3吸附动力学将0.15 g AC2M2投加至100 mL、1 mol·L-1的Cu(Ⅱ)溶液中,放入恒温摇床(25℃、150r·min-1)震荡,间隔一定时间分别取样,经0.45 μm滤膜过滤后测定其浓度.

1.2.4吸附等温线分别将0.1 g AC2和AC2M2投加至100 mL的不同浓度梯度的Cu(Ⅱ)溶液中,放入恒温摇床(25℃、150r·min-1)震荡24 h后,经0.45 μm滤膜过滤后测定其浓度.

1.2.5吸附热力学分别将0.1 g AC2M2投加于100 mL的不同浓度梯度Cu(Ⅱ)溶液中,放入恒温摇床(温度分别为15、25、35℃，转速150r·min-1)震荡24 h后,经0.45 μm滤膜过滤后测定其浓度.

2负载纳米氧化铁活性炭去除水中Cu(Ⅱ)实验研究2.1制备方法筛选分别计算不同材料对Cu(Ⅱ)吸附量,结果如图1所示.

图1不同材料对Cu(Ⅱ)吸附量

Fig.1Cu(Ⅱ) adsorption capacity of different kinds of

nanosized iron oxide loaded activated carbon

从图1中可以看出:负载纳米氧化铁活性炭对Cu(Ⅱ)的吸附量均高于原始活性炭,且采用制备方法M2制得的负载纳米氧化铁活性炭对Cu(Ⅱ)的吸附容量均大于采用制备方法M1制得的负载纳米氧化铁活性炭,并且AC2M2对Cu(Ⅱ)吸附容量最高.因此,将以AC2M2为研究对象,进行后续实验研究.

2.2pH值影响pH值是影响AC2M2对Cu(Ⅱ)吸附量的一个重要因素.图2为不同pH值对吸附量的影响.从图2可知,在pH值为1~6范围内,ACM2对Cu(Ⅱ)吸附量随pH值的增大而增加.当pH值低于3时,AC2M2对Cu(Ⅱ)的吸附量很小,随着pH值的增大,AC2M2对Cu(Ⅱ)的吸附量开始急剧增加,并在pH=6时,吸附量达到最高.这是由于当pH值较低时,溶液中存在大量H+,H+与Cu(Ⅱ)竞争吸附AC2M2表面的吸附活性点位［4］,同时在酸性条件下,部分负载的纳米氧化铁易溶解脱落,导致其吸附量大大降低;随着pH值继续增大,H+与AC2M2表面的吸附活性点位发生解离,大量的活性中心重新暴露出来,使得其吸附量大大增加.

图2不同pH值对吸附量的影响

Fig.2Effect of pH on Cu(Ⅱ) adsorption

2.3吸附动力学AC2M2对Cu(Ⅱ)的动力学吸附曲线如图3所示,分别用准一级动力学方程、准二级动力学方程进行拟合,得ln(qe-qt)=lnqe-k1t2.303(1)tqt=1k2q2e+tqe(2)

式中:qe、qt分别为平衡时刻、任意t时刻吸附量;k1、k2分别为准一级动力学常数、准二级动力学常数.拟合结果如表1所示.

图3Cu(Ⅱ)的吸附量随时间变化

Fig.3Adsorption kinetic curve of Cu(Ⅱ) on AC2M2

从图3中可以看出,AC2M2对Cu(Ⅱ)的吸附过程大致分3个阶段:快速阶段、慢速阶段和动态平衡阶段.吸附初始阶段因AC2M2表面的吸附点位多,且溶液中的Cu(Ⅱ)浓度相对较高,吸附传质动力大［5］,Cu(Ⅱ)能较迅速地吸附在AC2M2的表面,因此在此阶段表现为快速吸附;随着吸附进行,固液两相之间的Cu(Ⅱ)浓度差减小,同时Cu(Ⅱ)逐渐由介孔经过过渡孔深入到微孔中,扩散速率逐渐下降,因此使得吸附速率不断表1动力学拟合参数表

Tab.1Kinetic parameters for adsorption of Cu(Ⅱ) on AC2M2吸附剂准二级动力学方程qe/(mg·g-1)k2/(g·mg-1·min-1)R2准一级动力学方程qe/(mg·g-1)k1/min-1R2AC2M22.276 30.002 30.975 71.761 20.003 90.890 9

降低,进入慢速吸附阶段;随着吸附的不断进行,最终处于一个动态吸附平衡状态［6］.根据拟合方程的相关系数R2,准二级动力学方程能更好地描述AC2M2对Cu(Ⅱ)吸附量随时间变化情况,且拟合的最大吸附量也更符合实验情况.

2.4吸附等温线吸附等温线反映了吸附剂的表面性质、孔径分布以及吸附剂和吸附质之间相互作用等信息,是研究吸附剂性质的重要手段.Langmuir和Freundlich吸附等温模型是常用的两种吸附等温模型,其线性形式公式分别为Ceqe=1KLqm+Ceqm(3)lgqe=1nlgCe+lgKF(4)

式中:Ce为平衡浓度;qe、qm分别为任意平衡时刻的吸附量和最大吸附量;KL、KF和n均为与吸附有关的常数.

分别对AC2和AC2M2进行吸附等温实验,并将实验数据进行Langmuir和Freundlich吸附等温方程拟合,其拟合结果分别如图4、图5所示,计算所得的各模型参数如表2所示.根据拟合数据得出AC2和AC2M2对Cu(Ⅱ)的吸附均更符合Langmuir方程,表明AC2及AC2M2对Cu(Ⅱ)的吸附以单分子层吸附为主,最大吸附量分别为7.220 2、15.432 1 mg·g-1,与AC2相比,AC2M2对Cu(Ⅱ)吸附量提高了约113%.分析AC2M2对Cu(Ⅱ)吸附机理:一方面由于AC2M2自身具有的高比表面积和发达孔径结构,对Cu(Ⅱ)有一定吸附能力;另一方面其表面负载的纳米氧化铁与溶液中Cu(Ⅱ)可能因静电引力、表面络合等作用而结合.

图4Langmuir吸附等温模型拟合曲线

Fig.4Fit curve for the langmuir isotherm model

图5Freundlich吸附等温模型拟合曲线

Fig.5Fit curve for the Freundlich isotherm model

表2Langmuir和Freundlich吸附等温模型拟合参数

Tab.2Langmuir and Freundlich parameters for Cu(Ⅱ) adsorption on AC2 and AC2M2吸附剂温度/KLangmuirqm/(mg·g-1)KL/(L·mg-1)R2FreundlichKF/(mg

1.2.5吸附热力学分别将0.1 g AC2M2投加于100 mL的不同浓度梯度Cu(Ⅱ)溶液中,放入恒温摇床(温度分别为15、25、35℃，转速150r·min-1)震荡24 h后,经0.45 μm滤膜过滤后测定其浓度.

2负载纳米氧化铁活性炭去除水中Cu(Ⅱ)实验研究2.1制备方法筛选分别计算不同材料对Cu(Ⅱ)吸附量,结果如图1所示.

图1不同材料对Cu(Ⅱ)吸附量

Fig.1Cu(Ⅱ) adsorption capacity of different kinds of

nanosized iron oxide loaded activated carbon

从图1中可以看出:负载纳米氧化铁活性炭对Cu(Ⅱ)的吸附量均高于原始活性炭,且采用制备方法M2制得的负载纳米氧化铁活性炭对Cu(Ⅱ)的吸附容量均大于采用制备方法M1制得的负载纳米氧化铁活性炭,并且AC2M2对Cu(Ⅱ)吸附容量最高.因此,将以AC2M2为研究对象,进行后续实验研究.

2.2pH值影响pH值是影响AC2M2对Cu(Ⅱ)吸附量的一个重要因素.图2为不同pH值对吸附量的影响.从图2可知,在pH值为1~6范围内,ACM2对Cu(Ⅱ)吸附量随pH值的增大而增加.当pH值低于3时,AC2M2对Cu(Ⅱ)的吸附量很小,随着pH值的增大,AC2M2对Cu(Ⅱ)的吸附量开始急剧增加,并在pH=6时,吸附量达到最高.这是由于当pH值较低时,溶液中存在大量H+,H+与Cu(Ⅱ)竞争吸附AC2M2表面的吸附活性点位［4］,同时在酸性条件下,部分负载的纳米氧化铁易溶解脱落,导致其吸附量大大降低;随着pH值继续增大,H+与AC2M2表面的吸附活性点位发生解离,大量的活性中心重新暴露出来,使得其吸附量大大增加.

图2不同pH值对吸附量的影响

Fig.2Effect of pH on Cu(Ⅱ) adsorption

2.3吸附动力学AC2M2对Cu(Ⅱ)的动力学吸附曲线如图3所示,分别用准一级动力学方程、准二级动力学方程进行拟合,得ln(qe-qt)=lnqe-k1t2.303(1)tqt=1k2q2e+tqe(2)

式中:qe、qt分别为平衡时刻、任意t时刻吸附量;k1、k2分别为准一级动力学常数、准二级动力学常数.拟合结果如表1所示.

图3Cu(Ⅱ)的吸附量随时间变化

Fig.3Adsorption kinetic curve of Cu(Ⅱ) on AC2M2

从图3中可以看出,AC2M2对Cu(Ⅱ)的吸附过程大致分3个阶段:快速阶段、慢速阶段和动态平衡阶段.吸附初始阶段因AC2M2表面的吸附点位多,且溶液中的Cu(Ⅱ)浓度相对较高,吸附传质动力大［5］,Cu(Ⅱ)能较迅速地吸附在AC2M2的表面,因此在此阶段表现为快速吸附;随着吸附进行,固液两相之间的Cu(Ⅱ)浓度差减小,同时Cu(Ⅱ)逐渐由介孔经过过渡孔深入到微孔中,扩散速率逐渐下降,因此使得吸附速率不断表1动力学拟合参数表

Tab.1Kinetic parameters for adsorption of Cu(Ⅱ) on AC2M2吸附剂准二级动力学方程qe/(mg·g-1)k2/(g·mg-1·min-1)R2准一级动力学方程qe/(mg·g-1)k1/min-1R2AC2M22.276 30.002 30.975 71.761 20.003 90.890 9

降低,进入慢速吸附阶段;随着吸附的不断进行,最终处于一个动态吸附平衡状态［6］.根据拟合方程的相关系数R2,准二级动力学方程能更好地描述AC2M2对Cu(Ⅱ)吸附量随时间变化情况,且拟合的最大吸附量也更符合实验情况.

2.4吸附等温线吸附等温线反映了吸附剂的表面性质、孔径分布以及吸附剂和吸附质之间相互作用等信息,是研究吸附剂性质的重要手段.Langmuir和Freundlich吸附等温模型是常用的两种吸附等温模型,其线性形式公式分别为Ceqe=1KLqm+Ceqm(3)lgqe=1nlgCe+lgKF(4)

式中:Ce为平衡浓度;qe、qm分别为任意平衡时刻的吸附量和最大吸附量;KL、KF和n均为与吸附有关的常数.

分别对AC2和AC2M2进行吸附等温实验,并将实验数据进行Langmuir和Freundlich吸附等温方程拟合,其拟合结果分别如图4、图5所示,计算所得的各模型参数如表2所示.根据拟合数据得出AC2和AC2M2对Cu(Ⅱ)的吸附均更符合Langmuir方程,表明AC2及AC2M2对Cu(Ⅱ)的吸附以单分子层吸附为主,最大吸附量分别为7.220 2、15.432 1 mg·g-1,与AC2相比,AC2M2对Cu(Ⅱ)吸附量提高了约113%.分析AC2M2对Cu(Ⅱ)吸附机理:一方面由于AC2M2自身具有的高比表面积和发达孔径结构,对Cu(Ⅱ)有一定吸附能力;另一方面其表面负载的纳米氧化铁与溶液中Cu(Ⅱ)可能因静电引力、表面络合等作用而结合.

图4Langmuir吸附等温模型拟合曲线

Fig.4Fit curve for the langmuir isotherm model

图5Freundlich吸附等温模型拟合曲线

Fig.5Fit curve for the Freundlich isotherm model

表2Langmuir和Freundlich吸附等温模型拟合参数

Tab.2Langmuir and Freundlich parameters for Cu(Ⅱ) adsorption on AC2 and AC2M2吸附剂温度/KLangmuirqm/(mg·g-1)KL/(L·mg-1)R2FreundlichKF/(mg

1.2.5吸附热力学分别将0.1 g AC2M2投加于100 mL的不同浓度梯度Cu(Ⅱ)溶液中,放入恒温摇床(温度分别为15、25、35℃，转速150r·min-1)震荡24 h后,经0.45 μm滤膜过滤后测定其浓度.

2负载纳米氧化铁活性炭去除水中Cu(Ⅱ)实验研究2.1制备方法筛选分别计算不同材料对Cu(Ⅱ)吸附量,结果如图1所示.

图1不同材料对Cu(Ⅱ)吸附量

Fig.1Cu(Ⅱ) adsorption capacity of different kinds of

nanosized iron oxide loaded activated carbon

从图1中可以看出:负载纳米氧化铁活性炭对Cu(Ⅱ)的吸附量均高于原始活性炭,且采用制备方法M2制得的负载纳米氧化铁活性炭对Cu(Ⅱ)的吸附容量均大于采用制备方法M1制得的负载纳米氧化铁活性炭,并且AC2M2对Cu(Ⅱ)吸附容量最高.因此,将以AC2M2为研究对象,进行后续实验研究.

2.2pH值影响pH值是影响AC2M2对Cu(Ⅱ)吸附量的一个重要因素.图2为不同pH值对吸附量的影响.从图2可知,在pH值为1~6范围内,ACM2对Cu(Ⅱ)吸附量随pH值的增大而增加.当pH值低于3时,AC2M2对Cu(Ⅱ)的吸附量很小,随着pH值的增大,AC2M2对Cu(Ⅱ)的吸附量开始急剧增加,并在pH=6时,吸附量达到最高.这是由于当pH值较低时,溶液中存在大量H+,H+与Cu(Ⅱ)竞争吸附AC2M2表面的吸附活性点位［4］,同时在酸性条件下,部分负载的纳米氧化铁易溶解脱落,导致其吸附量大大降低;随着pH值继续增大,H+与AC2M2表面的吸附活性点位发生解离,大量的活性中心重新暴露出来,使得其吸附量大大增加.

图2不同pH值对吸附量的影响

Fig.2Effect of pH on Cu(Ⅱ) adsorption

2.3吸附动力学AC2M2对Cu(Ⅱ)的动力学吸附曲线如图3所示,分别用准一级动力学方程、准二级动力学方程进行拟合,得ln(qe-qt)=lnqe-k1t2.303(1)tqt=1k2q2e+tqe(2)

式中:qe、qt分别为平衡时刻、任意t时刻吸附量;k1、k2分别为准一级动力学常数、准二级动力学常数.拟合结果如表1所示.

图3Cu(Ⅱ)的吸附量随时间变化

Fig.3Adsorption kinetic curve of Cu(Ⅱ) on AC2M2

从图3中可以看出,AC2M2对Cu(Ⅱ)的吸附过程大致分3个阶段:快速阶段、慢速阶段和动态平衡阶段.吸附初始阶段因AC2M2表面的吸附点位多,且溶液中的Cu(Ⅱ)浓度相对较高,吸附传质动力大［5］,Cu(Ⅱ)能较迅速地吸附在AC2M2的表面,因此在此阶段表现为快速吸附;随着吸附进行,固液两相之间的Cu(Ⅱ)浓度差减小,同时Cu(Ⅱ)逐渐由介孔经过过渡孔深入到微孔中,扩散速率逐渐下降,因此使得吸附速率不断表1动力学拟合参数表

Tab.1Kinetic parameters for adsorption of Cu(Ⅱ) on AC2M2吸附剂准二级动力学方程qe/(mg·g-1)k2/(g·mg-1·min-1)R2准一级动力学方程qe/(mg·g-1)k1/min-1R2AC2M22.276 30.002 30.975 71.761 20.003 90.890 9

降低,进入慢速吸附阶段;随着吸附的不断进行,最终处于一个动态吸附平衡状态［6］.根据拟合方程的相关系数R2,准二级动力学方程能更好地描述AC2M2对Cu(Ⅱ)吸附量随时间变化情况,且拟合的最大吸附量也更符合实验情况.

2.4吸附等温线吸附等温线反映了吸附剂的表面性质、孔径分布以及吸附剂和吸附质之间相互作用等信息,是研究吸附剂性质的重要手段.Langmuir和Freundlich吸附等温模型是常用的两种吸附等温模型,其线性形式公式分别为Ceqe=1KLqm+Ceqm(3)lgqe=1nlgCe+lgKF(4)

式中:Ce为平衡浓度;qe、qm分别为任意平衡时刻的吸附量和最大吸附量;KL、KF和n均为与吸附有关的常数.

分别对AC2和AC2M2进行吸附等温实验,并将实验数据进行Langmuir和Freundlich吸附等温方程拟合,其拟合结果分别如图4、图5所示,计算所得的各模型参数如表2所示.根据拟合数据得出AC2和AC2M2对Cu(Ⅱ)的吸附均更符合Langmuir方程,表明AC2及AC2M2对Cu(Ⅱ)的吸附以单分子层吸附为主,最大吸附量分别为7.220 2、15.432 1 mg·g-1,与AC2相比,AC2M2对Cu(Ⅱ)吸附量提高了约113%.分析AC2M2对Cu(Ⅱ)吸附机理:一方面由于AC2M2自身具有的高比表面积和发达孔径结构,对Cu(Ⅱ)有一定吸附能力;另一方面其表面负载的纳米氧化铁与溶液中Cu(Ⅱ)可能因静电引力、表面络合等作用而结合.

图4Langmuir吸附等温模型拟合曲线

Fig.4Fit curve for the langmuir isotherm model

图5Freundlich吸附等温模型拟合曲线

Fig.5Fit curve for the Freundlich isotherm model

表2Langmuir和Freundlich吸附等温模型拟合参数

纳米三氧化钼 第12篇

纳米氧化镁具有优良的耐热性、绝缘性、热传导性、补强性和很高的抗拉强度,当其用作塑料、金属和陶瓷的改性与增强材料时,显示出极佳的物理、化学性质和优异的机械性能[2,3]。而且氧化镁与金属基、非金属基相容性好, 在结构复合材料的基体中有很好的分散。

本方法以碳纳米管为模板,采取前驱物分解法制备出碳纳米管/氧化镁纳米复合材料,有望成为一种新型的功能材料。

1 实验部分

1.1 设备及分析仪器

SX-5-12型箱式电阻炉,天津市斯特仪器有限公司生产;美国FEI公司quanta 200扫描电子显微镜;配带OXFORD INCA 250能谱仪;SIMENS公司D5005X-射线衍射仪;美国Nicolet/instruments公司NEXWS 470傅立叶红外光谱仪;法国SETARAM公司TG-DTA92/DSC-111热重/差热联用分析仪。

1.2 分析测试方法

(1)在SIMENS公司D5005X-射线衍射仪上分析样品的物相。测试条件:CuK a辐射,管流15mA,管压35mV,扫描速度0.2°/min。

(2)在美国FEI公司Quanta 200扫描电子显微镜上观察晶化产物的形貌,结合OXFORD INCA250能谱仪分析元素的组成。

(3) 美国Nicolet/instruments公司NEXWS 470傅立叶红外光谱仪对样品红外吸收特征进行表征,KBr压片。

(4)TG-DTA92/DSC-111热重分析仪对样品进行热分析。

1.3 样品制备

1.3.1 碳纳米管的制备

碳纳米管的制备参照相关文献[4]

1.3.2 碳纳米管/氧化镁晶须复合材料的制备

将一定量的碳纳米管超声分散于无水乙醇中,然后加入到一定浓度的MgCl2溶液中,搅拌均匀后,升温到50℃,在磁力搅拌下,缓慢滴加入一定量氨水溶液,形成白色沉淀。滴加完毕,继续反应2h,室温下静置2h。将沉淀物过滤分离,滤饼分别用水和无水乙醇洗涤数次后,于80℃下真空干燥,得到白色前驱体。最后在空气气氛中600℃下煅烧4h,即得到碳纳米管/氧化镁纳米复合材料(称为样品S)。

2 结果与讨论

2.1 X射线衍射分析

对样品S进行XRD分析,如图1所示。显示出碳纳米管和氧化镁的衍射峰,说明样品S是由碳纳米管和氧化镁组成的复合材料。

2.2 红外光谱分析

对样品S进行IR分析,如图2所示。3356.31cm-1的峰为水的吸收峰,可能是样品中或KBr中有微量的水分,也可能是在测试过程中吸收了空气中的水分;428.83cm-1的峰是Mg-O的弯曲振动吸收峰, 538cm-1的峰为Mg-O的伸缩振动吸收峰。图中没有C化合物的峰,说明碳纳米管在反应中未受到破坏,也没有与MgO形成化学键。

2.3 扫描电子显微镜分析

对碳纳米管和样品S进行扫描电子显微镜观察和能谱分析,结果如图3、图4所示。从图3可以看出,碳纳米管管壁光滑,说明碳纳米管管壁上的缺陷较少,这为氧化镁的沉积提供了很好的衬底。与碳纳米管相比,氧化镁在碳纳米管表面沉积后,管径变粗且管壁表面较粗糙(b、c是不同放大倍数的前驱物扫描照片,从c图可以更清楚地看到管壁表面沉积的小颗粒)。前驱物煅烧后,形貌保持不变。

图4是样品S的面扫描能谱图,可以清楚地看到样品S由C、Mg、O组成。

2.4 讨论

晶体成核理论认为,在晶体成核过程中,根据成核发生的方式,大致可分为三种类型:均相成核(自发的),非均相成核(由其他粒子诱发)和二次成核(由晶体诱发)。非均相成核的成核功较均相成核的成核功小,也就是说非均相成核比均相成核容易。

在本研究体系中,加入了碳纳米管,提供了发生非均相成核的界面,而非均相成核比均相成核容易,所以加料结束后,溶液中离子扩散碳纳米管表面,在碳纳米管表面发生非均相成核,随后晶核在过饱和浓度的驱使下生长成晶体,也即含碳纳米管的前驱物,经化学分析(络合滴定)为5Mg(OH)2MgCl28H2O。因为晶体生长沉积在碳纳米管上,所以反应结束时管径变粗。

图5是前驱物的DTG-TG曲线。由图5可看出,主要有4个峰值。前3个峰是失去表面吸附水和结晶水,并伴随氯化镁的水解失去部分氯化氢气体,最后一个峰是碱式氯化镁分解变成氧化镁。

由前驱物的DTG-TG曲线可知,含碳纳米管的前驱体在600℃煅烧4h时,沉积在碳纳米管上的碱式氯化镁分解变成氧化镁,而碳纳米管没有发生变化。在煅烧前后复合材料形貌保持不变,即所谓的假象技术。

3 结 论

以碳纳米管为模板,采用前驱物分解法合成了碳纳米管/氧化镁纳米复合材料。该材料是由氧化镁均匀包裹在碳纳米管上构成的一种复合材料,管径约100nm。和碳纳米管相比,复合材料管径变粗且表面粗糙,有望成为一种新型的复合材料增强剂。

摘要：以碳纳米管为模板,采取前驱物分解法合成了碳纳米管/氧化镁纳米复合材料,用XRD、IR、SEM和TG-DTG对产物进行了表征。结果表明,产物是由氧化镁均匀包裹在碳纳米管上构成的一种复合材料,管径约100nm。和碳纳米管相比,复合材料管径变粗且表面粗糙。

关键词：碳纳米管,氧化镁,前驱物分解,纳米复合材料

参考文献

[1]Florian H G,Jacek N,Zbigniew R.[J].Chemiccd Physics Let-ters,2003,370:820-824.

[2]Evans C C.Whiskers[M].London:Mills Boon Li mited,1972:1-68.

[3]Li Wu(李武).Inorgan Whisker[M].Beijing:Chemistry Indus-try Press,2005,120-130.