一种MoO2/CaSO4复合材料及其应用制造技术

一种MoO2/CaSO4复合材料及其应用，属于功能材料领域。制备方法包括：以烟气脱硫石膏为钙源，在酸溶液体系中反应，过滤后的滤液以乙醇重结晶，二次过滤、干燥得到纯净的硫酸钙产物；以七钼酸铵提供钼源，在盐酸‑乙醇溶液体系中与硫酸钙产物120‑180℃下反应8‑16小时，过滤，乙醇洗涤，烘干后得到一种表面附载纳米球状聚集体的棒状MoO2/CaSO4复合材料。将该材料用于阴离子染料刚果红和阳离子染料罗丹明B的吸附测试，染料去除率均达到97.0％以上。本发明专利技术合成路线简单，对工业废弃脱硫石膏能实现资源循环再利用，产品可作为纺织、印刷和塑料等行业污水的脱色剂，具有极大的环保价值与应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料化学中功能材料
，涉及一种无机复合材料及其应用，更具体地说涉及一种MoO2/CaSO4复合材料及其应用。
技术介绍
由两种或两种以上的物质以掺杂、附载或包覆等形式组合而成的材料，我们称之为复合材料。复合材料自诞生之初，就因其不仅克服了单一材料的缺陷，而且综合性能优越的特点，受到了科学界与工业界的高度重视。尽管地壳中的丰度仅0.01％，自然界分布又相对分散，但是作为植物生物固氮必需的营养元素与人体必需微量元素，钼这种稀有金属元素自1778年被发现以来，围绕其在生物学、营养学和环境地球化学等方面展开的研究层出不穷。钼的氧化物有多形式，其中最稳定的是二氧化钼(MoO2)和三氧化钼(MoO3)。我国现阶段处于并将长期处于发展中国家，在国民经济建设与发展中用途最广的是MoO3，因其具有优异的光致变色、电致变色、催化与气敏性能，常被用作光电、阻燃、催化与气敏材料。作为钼的另一种过渡金属氧化物，由于其具有低电阻率、高化学稳定性和大密度等特性，MoO2自第一次被当作基质材料提起时便备受科研工作者的广泛青睐，常被用于催化、传感、光电、场致发射与能量储存等领域。MoO2还被用作冶炼钼钢的合金剂，这不仅能够避免添加MoO3带来的气柱、烟雾或爆炸声，进而避免钢水沸腾达到保护炉体的效果，而且能够减少还原剂的添加量，缩短冶金时间，从而提高原料利用率以及产品质量。近年来，关于MoO2与石墨烯、碳纤维、聚苯胺等复合材料的制备及应用报道相继出现，并有愈演愈烈的趋势，因此对于MoO2材料更广泛的应用仍值得探索。脱硫石膏(主要成分CaSO4·2H2O)是为减少燃煤中二氧化硫(SO2)排放对大气造成污染，而在燃烧过程中加入脱硫剂(主要成分CaCO3或CaO)产生的一种工业废弃物。若不对其进行有效处理，必将对环境造成二次污染。目前，人们在盐碱地土壤改良、建筑材料、矿山填埋材料以及道路路基回填材料等方面做了许多探索，但是将其纯化后应用在污水处理方面的研究相对较少。众所周知，基体材料的种类对复合材料性能的影响至关重要，改变基体材料的掺合比亦会引起复合材料微结构的变化，进而影响整体性能。因此选择适宜种类的基体材料，优化基体材料的掺和比，对制备性能卓越的复合材料尤为重要。而且，利用工业废弃物对资源进行回收、纯化、再利用，进而制取复合材料，不仅能降低成本、提高原料利用率与经济效益，还有利于环境保护。因此，利用工业副产物脱硫石膏为钙源，通过控制反应条件与工艺参数，结合钼酸盐开发出新型特殊形貌与功能的复合材料具有十分重要的意义。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，为丰富功能化复合材料的种类，解决工业废弃物脱硫石膏生态破坏大与环境污染严重的问题，同时探索MoO2材料更广泛的应用价值，本专利技术提供了一种MoO2/CaSO4复合材料的制备方法及其在有机染料废水处理方面的应用。该方法以烟气脱硫石膏为钙源，酸化过滤后以乙醇重结晶，进而以七钼酸铵为钼源，在盐酸-乙醇溶液体系中水热法制备出一种对阴离子染料刚果红(CR)和阳离子染料罗丹明B(RB)吸附的MoO2/CaSO4复合材料。该方法流程简单、操作方便、产率较高，其产品可作为纺织、印刷和塑料等行业污水的脱色剂，具有极大的环保价值与应用前景。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种MoO2/CaSO4复合材料制备方法，其包含如下步骤：A.脱硫石膏的纯化：将一定量脱硫石膏搅拌加入至一定浓度的酸性水溶液中，一定温度下酸化处理，过滤去除难溶性杂质，滤液以乙醇重结晶，然后进行二次过滤，乙醇洗涤，干燥后得到纯净的硫酸钙产物；B.复合材料的制备：将一定量上述纯化后的硫酸钙产物搅拌加入至含一定量钼酸盐的盐酸-乙醇溶液体系中，一定温度下水热反应后冷却至室温，过滤得到复合材料滤饼；C.洗涤：将过滤得到的复合材料滤饼直接以乙醇洗涤，或烘干后直接以乙醇洗涤；D.干燥：将乙醇洗涤过的复合材料滤饼烘干得到一种MoO2/CaSO4复合材料；优选所述的步骤A中脱硫石膏在酸性水溶液中的添加量为5.0-100.0g/L，酸性水溶液H+浓度为1.0-6.0mol/L，酸化温度为100.0-180.0℃，酸化时间为3.0-16.0小时。所述的酸性水溶液的酸优选为盐酸。优选所述的步骤B中纯化后的硫酸钙在盐酸-乙醇溶液体系中的添加量为30.0-50.0g/L，钼酸盐的添加量为48.0-80.0g/L，盐酸-乙醇溶液体系中盐酸浓度为3.0-5.0mol/L，乙醇与盐酸溶液体积比为1:2，水热反应温度为120.0-180.0℃，反应时间为8.0-16.0小时。所述的钼酸盐优选七钼酸铵。所述的步骤C中洗涤是指过滤得到的复合材料滤饼加乙醇室温下过滤淋洗，或过滤得到的复合材料滤饼60.0-85.0℃烘干后加乙醇室温下过滤淋洗。所述的步骤D中干燥是指洗涤过的复合材料滤饼经60.0-85.0℃烘干5.0-12.0小时得到MoO2/CaSO4复合材料。进一步优选本专利技术实施的具体工艺过程为：首先，室温下将一定体积的浓盐酸以去离子水稀释成物质的量浓度为1.0-6.0mol/L的酸性水溶液，搅拌中加入当量浓度5.0-100.0g/L的脱硫石膏，于100.0-180.0℃下将混合液酸化3.0-16.0小时后冷却至室温，过滤，滤液以乙醇重结晶后进行二次过滤，滤饼以乙醇洗涤后60.0-85.0℃下干燥得到纯净的硫酸钙产物；其次，将一定体积的乙醇以体积比1:2的比例加入至浓度为3.0-5.0mol/L的盐酸溶液中，配制成盐酸-乙醇溶液体系，继而加入当量浓度48.0-80.0g/L的七钼酸铵与当量浓度30.0-50.0g/L的纯化后的硫酸钙产物，120.0-180.0℃下水热反应8.0-16.0小时，冷却至室温后过滤，再将得到的复合材料滤饼直接以乙醇室温下过滤淋洗，或60.0-85.0℃下烘干后以乙醇室温下过滤淋洗；最后，洗涤过的复合材料滤饼经60.0-85.0℃烘干5.0-12.0小时得到一种MoO2/CaSO4复合材料。本专利技术的一种MoO2/CaSO4复合材料，主要呈棒状结构，其表面附载纳米球状聚集体。该复合材料主要由二氧化钼与硫酸钙构成，复合材料为颗粒堆积进一步形成的非结构性介孔材料。本专利技术所得MoO2/CaSO4复合材料，可作为吸附剂，作为阴、阳离子有机染料的吸附剂，如对阴离子染料刚果红(CR)和阳离子染料罗丹明B(RB)的吸附。将2.0g该种MoO2/CaSO4复合材料分别投入至1.0L的250mg/L刚果红溶液与20mg/L罗丹明B溶液中，待吸附平衡后，取上层清液以紫外-可见分光光度法测试，染料去除率均达到97.0％以上。本专利技术的一种对阴离子染料刚果红(CR)和阳离子染料罗丹明B(RB)吸附的MoO2/CaSO4复合材料，以烟气脱硫石膏为钙源，酸化过滤后以乙醇重结晶，进而以七钼酸铵为钼源，在盐酸-乙醇溶液体系中水热法制备得到。与现有技术相比，本专利技术提供的方法流程操作简单，生产周期短，产率较高，易实现工业化生产，并且所得的一种MoO2/CaSO4复合材料表面由纳米球状聚集体构成。附图说明为了更详实地表述该专利技术实施例的技术方案，以下对实施例描述中所使用的附图作简单介绍。显然，以下描述中的附图仅为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MoO2/CaSO4复合材料制备方法，其特征在于，包含如下步骤：A.脱硫石膏的纯化：将一定量脱硫石膏搅拌加入至一定浓度的酸性水溶液中，一定温度下酸化处理，过滤去除难溶性杂质，滤液以乙醇重结晶，然后进行二次过滤，乙醇洗涤，干燥后得到纯净的硫酸钙产物；B.复合材料的制备：将一定量上述纯化后的硫酸钙产物搅拌加入至含一定量钼酸盐的盐酸‑乙醇溶液体系中，一定温度下水热反应后冷却至室温，过滤得到复合材料滤饼；C.洗涤：将过滤得到的复合材料滤饼直接以乙醇洗涤，或烘干后直接以乙醇洗涤；D.干燥：将乙醇洗涤过的复合材料滤饼烘干得到一种MoO2/CaSO4复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种MoO2/CaSO4复合材料制备方法，其特征在于，包含如下步骤：A.脱硫石膏的纯化：将一定量脱硫石膏搅拌加入至一定浓度的酸性水溶液中，一定温度下酸化处理，过滤去除难溶性杂质，滤液以乙醇重结晶，然后进行二次过滤，乙醇洗涤，干燥后得到纯净的硫酸钙产物；B.复合材料的制备：将一定量上述纯化后的硫酸钙产物搅拌加入至含一定量钼酸盐的盐酸-乙醇溶液体系中，一定温度下水热反应后冷却至室温，过滤得到复合材料滤饼；C.洗涤：将过滤得到的复合材料滤饼直接以乙醇洗涤，或烘干后直接以乙醇洗涤；D.干燥：将乙醇洗涤过的复合材料滤饼烘干得到一种MoO2/CaSO4复合材料。2.按照权利要求1所述的一种MoO2/CaSO4复合材料制备方法，其特征在于，步骤A中脱硫石膏在酸性水溶液中的添加量为5.0-100.0g/L，酸性水溶液H+浓度为1.0-6.0mol/L，酸化温度为100.0-180.0℃，酸化时间为3.0-16.0小时。3.按照权利要求1所述的一种MoO2/CaSO4复合材料制备方法，其特征在于，酸性水溶液的酸为盐酸。4.按照权利要求1所述的一种MoO2/CaSO4复合材料制备方法，其特征在于，步骤B中纯化后的硫酸钙在盐酸-乙醇溶液体系中的添加量为30.0-50.0g/L，钼酸盐的添加量为48.0-80.0g/L，盐酸-乙醇溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金淑，贾新建，赵冰心，腾威利，吴俊书，李洪义，杜玉成，张大业，董丽然，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11