一种Fe3O4/ZnO纳米复合物及其合成方法技术

一种Fe3O4/ZnO纳米复合物及其合成方法，所述合成方法包括如下步骤：(1)制备Fe3O4磁性纳米颗粒：将铁的可溶盐在乙二醇中与NaAc和聚乙二醇加热反应制备Fe3O4磁性纳米颗粒；(2)Fe3O4的修饰：将步骤(1)制得Fe3O4磁性纳米颗粒在修饰剂的乙醇溶液中反应制得修饰后产物；(3)制备Fe3O4/ZnO：将步骤(2)所得产物和锌的可溶盐及适量氨水在水中超声反应制得Fe3O4/ZnO纳米复合物。本发明专利技术利用温和的方法合成所需要的产品，成本低、易于形成规模化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种Fe3O4/ZnO纳米复合物及其合成方法
本专利技术属于纳米复合材料合成
，具体涉及一种Fe3O4/ZnO纳米复合物及其合成方法。
技术介绍
随着工业化的飞速发展，工业废水中有机染料引发的水土污染问题变得越来越严重，而且大多数有机染料很难降解。半导体材料进行光催化可有效地将有机染料分解为H2O和CO2等无机物，作为一种绿色催化降解的方法，已被广泛应用于降解水体和大气中的有机污染物。当前用作光催化的半导体材料主要有TiO2，CdS和WO3等n型半导体化合物。与其他常见的半导体材料相比较而言，TiO2催化剂氧化还原能力较强，但其光生电子和空穴容易复合，量子效率低。无机材料ZnO作为一种优异的半导体型材料引起众多关注，其在紫外光照射下表现出良好的光催化活性，且量子效率和太阳光利用效率均高于TiO2等光催化材料。此外，ZnO也是一种常用的化学添加剂，广泛地应用于塑料、硅酸盐制品、合成橡胶、润滑油、油漆涂料、药膏、粘合剂、食品、电池、阻燃剂等产品的制作中。ZnO的能带隙和激子束缚能较大，透明度高，有优异的常温发光性能，在液晶显示器、薄膜晶体管、发光二极管等产品中均有应用。但是，ZnO参与反应时是悬浮在体系中的，回收困难，造成较大的浪费。基于材料回收利用的考虑，可向其中掺杂磁性粒子，使其在外加磁场下与体系分离。在众多超顺磁性的材料中，铁氧化物凭借其强磁性备受关注。Li等制备的核壳纳米线Fe2O3/ZnO可用作气体传感器(SiSF,LiCH,WangX,etal,Fe3O4/ZnOCore-ShellNanorodsforGasSensors[J].SensActuatorsB,2006,119:52-56)；Gedanke等利用超声法在中空六边形ZnO中填充了Fe3O4磁性粒子(Gedankeetal,CrystallizationofZnOonCrystallineMagnetiteNanoparticlesinthePresenceofUltrasoundRadiation[J].CrystGrowthDesign,2006,6(10):2260-2265)；Chu等通过水热法在ZnO纳米棒上沉积了Fe2O3和Fe3O4磁性粒子(ChuXYetal,ZnOMicrorodsCoatedwithIronOxideNamiparticles[J].JPhysChemC,2008,112:15980-15984)。目前，Fe3O4/ZnO复合物的制备方法主要有：(1)水热-高温煅烧法：如郭玉亮等以乙酸锌和硝酸铁为原料，先通过水热合成方法制备了前驱体，然后在600℃马弗炉中煅烧2.5h，得到Fe3O4/ZnO粉体(郭玉亮等，Fe3O4/ZnO的微结构表征及光催化性能分析，《广东化工》，2017，44(14)：20-21)；(2)共沉淀及退火处理两步法：关卫省等人利用共沉淀和退火处理相结合的方法，合成了具有核壳结构的磁性Fe3O4/ZnO纳米材料，研究了其产物对，四环素、强力霉素和盐酸土霉素3种四环素类抗生素的催化降解效果(关卫省等，磁性Fe3O4/ZnO核壳材料的制备及降解四环素类抗生素，应用化学，2013.9，1023-1029)。此外，中国专利CN106495232A公开了一种空心海胆型磁光纳米复合载药体系及其制备方法，该方案中，通过在溶剂热法中加入十二烷基硫酸钠，可在较短的时间内制备得到水溶性较好的Fe3O4空心球，该专利技术通过自组装方式与ZnO纳米棒有机结合起来，制备具有Fe3O4空心球@ZnO纳米棒结构的空心海胆型纳米复合载药体系。但是，该方法制得的纳米复合物中，Fe3O4所占质量比重并不稿，导致其磁性并不理想，影响了纳米复合物的回收和循环使用。目前，综合考虑生产成本、产出比等因素，开发出一种利于实现规模化的生产方法，是该复合材料进一步发展过程中亟待解决的问题。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的之一在于提供一种温和的合成Fe3O4/ZnO纳米复合物的方法，该方法不需要高温煅烧即可合成所需要的产品，具有生产成本低、反应时间短、操作简单，易于形成规模化生产的优势；本专利技术所要解决的第二个技术问题在于提供上述方法制得的Fe3O4/ZnO纳米复合物，该复合物形貌为均匀的球形Fe3O4包裹于片状的ZnO的独特结构，具有尺寸均一、光催化及磁性回收效果好的优势。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种Fe3O4/ZnO纳米复合物的合成方法，包括如下步骤：(1)制备Fe3O4磁性纳米颗粒：以铁的可溶盐为原料，在乙二醇溶剂中，在NaAc和聚乙二醇存在下，经加热反应制得Fe3O4磁性纳米颗粒；(2)Fe3O4的修饰：将步骤(2)制得Fe3O4磁性纳米颗粒在含有修饰剂的乙醇溶液中反应制得修饰后产物；(3)制备Fe3O4/ZnO：将步骤(2)所得产物和锌的可溶盐及适量氨水在水中超声反应制得Fe3O4/ZnO纳米复合物。本专利技术通过大量的研究发现可以通过采用层层自组装的方法合成Fe3O4/ZnO纳米复合物。本专利技术的反应条件温和，可降低制备产品的成本，使其能够规模化运用，创造出经济价值。作为优选，所受步骤(1)中，所述铁的可溶盐包括氯化铁、硝酸铁或硫酸铁。优选地，所述铁的可溶盐在乙二醇中的浓度为15-80g/L，该质量浓度既可以以尽量少的铁源制备Fe3O4，降低成本，又可以促使铁盐充分溶解，形成均一稳定的淡黄色澄清溶液，优选为30-40g/L，进一步优选为34g/L。原料的加入顺序可为：将铁的可溶盐分散在乙二醇中，搅拌直到完全溶解变成均一澄清的溶液，然后加入NaAc和聚乙二醇。优选地，所述NaAc、聚乙二醇与铁的可溶盐的质量比为0.4-1.8:0.2-0.8:1，有利于调控和稳定溶液的pH值，以及使其更好地分散，优选为0.8-1.5:0.25-0.5:1。所述聚乙二醇优选为聚乙二醇2000。优选地，铁的可溶盐与乙二醇、NaAc、聚乙二醇的混合溶液进行剧烈搅拌5-25min，优选为15min。优选地，反应的温度为80-180℃，时间为2.5-4.5h。采用低温较短时间的水热反应，可降低能源消耗，并且所得产物形貌均一，尺寸小，优选反应的温度为150℃，时间为3h。反应可在聚四氟乙烯为衬底的反应釜中进行。混合溶液在反应釜中后应搅拌均匀，防止聚沉。优选地，还包括将反应所得产物用磁铁回收分离后进行洗涤及干燥的步骤。优选地，洗涤用二次蒸馏水和无水乙醇进行，可依次进行多次。优选地，干燥为40-70℃下真空干燥6-18h，使产品在相对低的温度下无氧状态彻底干燥的同时，又保证此阶段产物不会发生改变，优选60℃下真空干燥12h。在一个实施例中，步骤(1)的过程为：取FeCl3·6H2O分散在乙二醇中，搅拌直到完全溶解变成均一澄清的溶液，接着加入NaAc和聚乙二醇。混合溶液剧烈搅拌后转移到聚四氟乙烯为衬底的反应釜中，加热一定时间后取出，自然冷却到室温，用磁铁回收分离黑色Fe3O4产物，并用二次蒸馏水和无水乙醇多次洗涤，真空干燥。作为优选，所述步骤(2)中，所述修饰剂包括巯基乙酸(MAA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、吐温中的至少一种。优选地，Fe3O4磁性纳米颗粒在修饰剂的乙醇溶液中的浓度为3-9g/L，修饰剂的乙醇溶液中修饰剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Fe3O4/ZnO纳米复合物的合成方法，包括如下步骤：(1)制备Fe3O4磁性纳米颗粒：以铁的可溶盐为原料，在乙二醇溶剂中，在NaAc和聚乙二醇存在下，经加热反应制得Fe3O4磁性纳米颗粒；(2)Fe3O4的修饰：将步骤(1)制得Fe3O4磁性纳米颗粒在含有修饰剂的乙醇溶液中反应制得修饰后产物；(3)制备Fe3O4/ZnO：将步骤(2)所得产物和锌的可溶盐及适量氨水在水中超声反应制得Fe3O4/ZnO纳米复合物。

【技术特征摘要】
1.一种Fe3O4/ZnO纳米复合物的合成方法，包括如下步骤：(1)制备Fe3O4磁性纳米颗粒：以铁的可溶盐为原料，在乙二醇溶剂中，在NaAc和聚乙二醇存在下，经加热反应制得Fe3O4磁性纳米颗粒；(2)Fe3O4的修饰：将步骤(1)制得Fe3O4磁性纳米颗粒在含有修饰剂的乙醇溶液中反应制得修饰后产物；(3)制备Fe3O4/ZnO：将步骤(2)所得产物和锌的可溶盐及适量氨水在水中超声反应制得Fe3O4/ZnO纳米复合物。2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述铁的可溶盐包括氯化铁、硝酸铁或硫酸铁；优选地，所述铁的可溶盐在乙二醇中的浓度为15-80g/L，优选为30-40g/L，进一步优选为34g/L；优选地，所述NaAc、聚乙二醇与铁的可溶盐的质量比为0.4-1.8:0.2-0.8:1，优选为0.8-1.5:0.25-0.5:1。3.根据权利要求1或2所述的合成方法，其特征在于，步骤(1)中铁的可溶盐与乙二醇、NaAc、聚乙二醇的混合溶液进行剧烈搅拌5-25min，优选为15min；优选地，反应的温度为80-180℃，时间为2.5-4.5h。4.根据权利要求1-3任一项所述的合成方法，其特征在于，所述步骤(1)中，还包括将反应所得产物用磁铁回收分离后进行洗涤及干燥的步骤；优选地，洗涤用二次蒸馏水和无水乙醇进行；优选地，干燥为40-70℃下真空干燥6-18h，优选60℃下真空干燥12h。5.根据权利要求1-4任一项所述的合成方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永梅，李瑞峰，郑春梅，张顺虎，
申请(专利权)人：黄山学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34