CN104860353A

CN104860353A - 一种由纳米颗粒组装的钼酸镉空心球的制备方法

Info

Publication number: CN104860353A
Application number: CN201510180985.5A
Authority: CN
Inventors: 陈庆春; 邓慧宇; 刘晓东; 辛育东
Original assignee: East China Institute of Technology
Current assignee: East China Institute of Technology
Priority date: 2015-04-16
Filing date: 2015-04-16
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2035-04-16
Also published as: CN104860353B

Abstract

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种由纳米颗粒组装的钼酸镉空心球的制备方法。所述制备方法主要包括以下步骤：分别配制钼酸钠溶液、硫酸镉溶液和碳酸钠溶液，然后将制得的钼酸钠溶液加入到制得的硫酸镉溶液中，摇晃后得到一具有白色沉淀的混合物体系。将所述混合物体系加入到制得的碳酸钠溶液中摇晃静置，得到粗产品。将所述粗产品经分离、洗涤和干燥后即得目标产物。本发明工艺简单，所制得的由纳米颗粒组装的钼酸镉空心球具有光催化和吸附双重功能，可用于环境保护领域。

Description

一种由纳米颗粒组装的钼酸镉空心球的制备方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种由纳米颗粒组装的钼酸镉空心球的制备方法。

背景技术

20世纪后半叶以来，人们对于环境保护的意识逐渐增强。有机染料在带给人们五彩斑斓的世界的同时也成为水体污染不可忽视的主要来源，对人们健康影响重大。为尽可能消除其负面影响，科学家们研究出光催化法和吸附法两种典型的处理方法。

光催化法主要是利用纳米级的半导体材料对光吸收，产生电子-空穴对，矿化降解染料来进行水体污染处理。但是，很多情况下，人们要应用光催化法进行水体污染处理需要面临一个较为严峻的问题，即：纳米级光催化剂过于分散，颗粒小，不易分离。

而吸附法一般是利用吸附材料的多孔结构所具有的高比表面积来进行水体污染处理。但是，吸附法相比于光催化法而言，不能彻底分解有机物。

众所周知，钼酸镉是一类半导体材料，可吸收利用紫外光应用于光催化领域。如果将纳米级的钼酸镉颗粒组装成空心结构，不仅能保持钼酸镉纳米球的光催化性质，而且组装成的空心结构具有较大比表面积，可吸附更多的有机染料，有助于增强光催化功能。

在此思路的引导下，研究和开发一种具有吸附和光催化双重功能的材料具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的之一在于针对现有技术的不足，研究和开发一种具有吸附和光催化双重功能的材料，所述具有吸附和光催化双重功能的材料采用室温溶液法并借助奥斯瓦尔德熟化(Ostwald Ripening)机理制备而得。

本发明提供一种由纳米颗粒组装的钼酸镉空心球的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：以去离子水为溶剂，配制浓度为0.1mol/L的钼酸钠溶液。

步骤2：以去离子水为溶剂，配制浓度为0.1～0.4mol/L的硫酸镉溶液。

步骤3：以去离子水为溶剂，配制浓度为0.3mol/L的碳酸钠溶液。

步骤4：量取步骤1中得到的钼酸钠溶液加入到步骤2中得到的硫酸镉溶液中，摇晃一定时间后得到一具有白色沉淀的混合物体系。

步骤5：将步骤4中得到的混合物体系加入到步骤3中得到的碳酸钠溶液的稀释液中，摇晃一定时间后静置，即得粗产品。

步骤6：将步骤5中得到的粗产品离心、洗涤、干燥后即得目标产物。

进一步地说，步骤1～3中所述药品钼酸钠、硫酸镉和碳酸钠的纯度不低于化学纯。

进一步地说，在所述步骤4中得到的混合物体系中钼酸根离子与镉离子的物质的量之比为1.5:1。

进一步地说，所述步骤4中的摇晃时间不超过15s。

进一步地说，在所述步骤5中得到的粗产品中碳酸根离子与钼酸根离子的物质的量之比为1:1。

进一步地说，所述步骤5中的摇晃时间为5～20s，静置时间为1～20h。

进一步地说，所述步骤6的具体操作为将步骤5中得到的粗产品离心后，采用去离子水、无水乙醇、丙酮交替洗涤，干燥后即得目标产物。

更进一步地说，所述去离子水、无水乙醇、丙酮的用量为以洗涤滤饼为标志物，去离子水、无水乙醇、丙酮与洗涤滤饼的质量比为20:20:20:1。

更进一步地说，所述交替洗涤次数为3～6次。

更进一步地说，所述干燥温度为60～80℃，干燥时间为4～8h。

本发明的有益效果在于：

1、本发明实现了常温下以溶液共混方式得到由纳米颗粒组装成的钼酸镉空心球，为纳米材料的无机合成提供了一种新的合成途径。

2、本发明采用简单常见的化学药品为反应前驱体，在制备过程中不产生副产物，对环境污染小，是一种环保型合成工艺。

3、本发明通过调节溶液的浓度来控制空心球大小，溶剂原料易得，溶液浓度易调，所得产物易分离、分散性好。

4、本发明不使用任何有机添加剂或表面活性剂，不需要另外的加热或水热，简化了水热反应等的操作步骤，使工艺更加简单，便于工业化操作。

简而言之，本发明工艺简单，整个制备体系容易构建，操作简便，条件易控，成本低廉，目标产物形貌均一，尺寸易控，纯度高，结晶度好，处理方便简洁，适合于工业大规模生产。且目标产物具有纳米材料的优异性质，对紫外光照射敏感，可光催化降解有机染料。与此同时，将钼酸镉颗粒组装成空心球，具有较大的比表面积，具有较好的吸附功能，尤其对有机染料的吸附效果甚好，有利于光催化功能的实现。本发明制得的空心球具有光催化和吸附双重功能，可用于环境保护领域。

附图说明

图1所示为本发明所述方法制得的由纳米颗粒组装的钼酸镉空心球的结构表征图。

其中，(a)为XRD图，(b)为FE-SEM图。

图2所示为本发明实施例1～4所得产物的FE-SEM图。

其中(a)为实施例1所得产品FE-SEM图，(b)为实施例2所得产品FE-SEM图，(c)为实施例3所得产品FE-SEM图，(d)为实施例4所得产品FE-SEM图。

具体实施方式

进一步地说，所述步骤4中的摇晃时间不超过15s。

更进一步地说，所述交替洗涤次数为3～6次。

更进一步地说，所述干燥温度为60～80℃，干燥时间为4～8h。

下文将结合具体实施例及附图对本发明进行详细描述。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。

实施例1

制备钼酸钠溶液浓度为0.1mol/L，硫酸镉溶液浓度为0.4mol/L，稀释后碳酸钠溶液体积为13mL时所得钼酸镉空心球。

制备方法：

(1)向刻度为10mL的离心管中加入1mL 0.4mol/L的硫酸镉溶液，然后将6mL 0.1mol/L的钼酸钠溶液倒入所述硫酸镉溶液中，稍微摇晃后得到白色悬浮液。

(2)将离心管中的白色悬浮液分散到装于50mL烧杯中的13mL碳酸钠溶液中(其中，碳酸钠的物质的量为0.0006mol)，稍微摇晃后静置1小时。将静置后的沉淀产物转移到离心管中离心分离，交替用去离子水、无水乙醇和丙酮(其中，去离子水、无水乙醇、丙酮的用量为：以洗涤滤饼为标志物，去离子水、无水乙醇、丙酮用量分别是其20倍)分别洗涤3次，每次洗涤完成后，离心分离。最终所得离心沉淀物在80℃下干燥4h即得目标产物。

图1所示为本发明所述方法制得的由纳米颗粒组装的钼酸镉空心球的结构表征图，其中，(a)为XRD图，(b)为FE-SEM图。本实施例所得产物的X射线粉末衍射图谱与图1(a)的基本吻合，故不重复列出，所得峰为钼酸镉晶体的衍射峰。图2(a)所示为本实施例产物的场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)照片，从图中可见所得产物为细小的纳米颗粒组装成的空心球，其粒径大小在400～600nm。

实施例2

制备钼酸钠溶液浓度为0.1mol/L，硫酸镉溶液浓度为0.2mol/L，稀释后碳酸钠溶液体积为12mL时所得钼酸镉空心球。

制备方法：

(1)向刻度为10mL的离心管中加入2mL 0.2mol/L的硫酸镉溶液，然后将6mL 0.1mol/L的钼酸钠溶液倒入所述硫酸镉溶液，稍微摇晃后得到白色悬浮液。

(2)将离心管中的白色悬浮液分散到装于50mL烧杯中的12mL碳酸钠溶液中(其中，碳酸钠的物质的量为0.0006mol)，稍微摇晃后静置1小时。将静置后的沉淀产物转移到离心管中离心分离，交替用去离子水、无水乙醇和丙酮(其中，去离子水、无水乙醇、丙酮的用量为：以洗涤滤饼为标志物，去离子水、无水乙醇、丙酮用量分别是其20倍)分别洗涤3次，每次洗涤完成后，离心分离，最终所得离心沉淀物在60℃下干燥8h即得目标产物。

本实施例所得产物的X射线粉末衍射图谱与图1(a)的基本吻合，故不重复列出，所得峰为钼酸镉晶体的衍射峰。图2(b)所示为本实施例产物的场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)照片，从图中可见产物为细小的纳米颗粒组装成的空心球，其粒径大小在500～1000纳米。

实施例3

制备钼酸钠溶液浓度为0.1mol/L，硫酸镉溶液浓度为0.133mol/L，稀释后碳酸钠溶液体积为11mL时所得钼酸镉空心球。

制备方法：

(1)向刻度为10mL的离心管中加入3mL 0.133mol/L的硫酸镉溶液，然后将6mL0.1mol/L的钼酸钠溶液倒入所述硫酸镉溶液，稍微摇晃后得到白色悬浮液。

(2)将离心管中的白色悬浮液分散到装于50mL烧杯中的11mL碳酸钠溶液中(其中，碳酸钠的物质的量为0.0006mol)，稍微摇晃后静置1小时。将静置后的沉淀产物转移到离心管中离心分离，交替用去离子水、无水乙醇和丙酮(其中，去离子水、无水乙醇、丙酮的用量为：以洗涤滤饼为标志物，去离子水、无水乙醇、丙酮用量分别是其20倍)分别洗涤3次，每次洗涤完成后，离心分离，最终所得离心沉淀物在60℃下干燥6h即得目标产物，

本实施例所得产物的X射线粉末衍射图谱与图1(a)的基本吻合，故不重复列出，所得峰为钼酸镉晶体的衍射峰。图2(c)所示为本实施例产物的场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)照片，从图中可见产物为细小的纳米颗粒组装成的空心球，其粒径大小在1000～1500纳米。

实施例4

制备钼酸钠溶液浓度为0.1mol/L，硫酸镉溶液浓度为0.1mol/L，稀释后碳酸钠溶液体积为10mL时所得钼酸镉空心球。

制备方法：

(1)向刻度为10mL的离心管中加入4mL 0.1mol/L的硫酸镉溶液，然后将6mL 0.1mol/L的钼酸钠溶液倒入所述硫酸镉溶液，稍微摇晃后得到白色悬浮液。

(2)将离心管中的白色悬浮液分散到装于50mL烧杯中的10mL碳酸钠溶液中(其中，碳酸钠的物质的量为0.0006mol)，稍微摇晃后静置1小时。将静置后的沉淀产物转移到离心管中离心分离，交替用去离子水、无水乙醇和丙酮(其中，去离子水、无水乙醇、丙酮的用量为：以洗涤滤饼为标志物，去离子水、无水乙醇、丙酮用量分别是其20倍)分别洗涤3次，每次洗涤完成后，离心分离，最终所得离心沉淀物在70℃下干燥6h即得目标产物。

本实施例所得产物的X射线粉末衍射图谱与图1(a)的基本吻合，故不重复列出，所得峰为钼酸镉晶体的衍射峰。图2(d)所示为本实施例产物的场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)照片，从图中可见产物为细小的纳米颗粒组装成的空心球，其粒径大小在1500纳米左右。

本发明工艺简单，所制得的目标产物具有纳米材料的优异性质，对紫外光照射敏感，可光催化降解有机染料。与此同时，将钼酸镉颗粒组装成空心球，具有较大的比表面积，具有较好的吸附功能，尤其对有机染料的吸附效果甚好，有利于光催化功能的实现。本发明制得的空心球具有光催化和吸附双重功能，可用于环境保护领域。

本文虽然已经给出了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims

1.一种由纳米颗粒组装的钼酸镉空心球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：以去离子水为溶剂，配制浓度为0.1mol/L的钼酸钠溶液；

步骤2：以去离子水为溶剂，配制浓度为0.1～0.4mol/L的硫酸镉溶液；

步骤3：以去离子水为溶剂，配制浓度为0.3mol/L的碳酸钠溶液；

步骤4：量取步骤1中得到的钼酸钠溶液加入到步骤2中得到的硫酸镉溶液中，摇晃一定时间后得到一具有白色沉淀的混合物体系；

步骤5：将步骤4中得到的混合物体系加入到步骤3中得到的碳酸钠溶液的稀释液中，摇晃一定时间后静置，即得粗产品；

2.如权利要求1所述的一种由纳米颗粒组装的钼酸镉空心球的制备方法，其特征在于，步骤1～3中所述药品钼酸钠、硫酸镉和碳酸钠的纯度不低于化学纯。

3.如权利要求1所述的一种由纳米颗粒组装的钼酸镉空心球的制备方法，其特征在于，在所述步骤4中得到的混合物体系中钼酸根离子与镉离子的物质的量之比为1.5:1。

4.如权利要求1所述的一种由纳米颗粒组装的钼酸镉空心球的制备方法，其特征在于，所述步骤4中的摇晃时间不超过15s。

5.如权利要求1所述的一种由纳米颗粒组装的钼酸镉空心球的制备方法，其特征在于，在所述步骤5中得到的粗产品中碳酸根离子与钼酸根离子的物质的量之比为1:1。

6.如权利要求1所述的一种由纳米颗粒组装的钼酸镉空心球的制备方法，其特征在于，所述步骤5中的摇晃时间为5～20s，静置时间为1～20h。

7.如权利要求1所述的一种由纳米颗粒组装的钼酸镉空心球的制备方法，其特征在于，所述步骤6的具体操作为将步骤5中得到的粗产品离心后，采用去离子水、无水乙醇、丙酮交替洗涤，干燥后即得目标产物。

8.如权利要求7所述的一种由纳米颗粒组装的钼酸镉空心球的制备方法，其特征在于，所述去离子水、无水乙醇、丙酮的用量为以洗涤滤饼为标志物，去离子水、无水乙醇、丙酮与洗涤滤饼的质量比为20:20:20:1。

9.如权利要求7所述的一种由纳米颗粒组装的钼酸镉空心球的制备方法，其特征在于，所述交替洗涤次数为3～6次。

10.如权利要求7所述的一种由纳米颗粒组装的钼酸镉空心球的制备方法，其特征在于，所述干燥温度为60～80℃，干燥时间为4～8h。