一种树莓结构的普鲁士蓝@四氧化三铁@聚吡咯凝胶的制备方法技术

一种树莓结构的普鲁士蓝@四氧化三铁@聚吡咯凝胶的制备方法，涉及一种普鲁士蓝@四氧化三铁@聚吡咯凝胶的制备方法。是要解决Fe3O4纳米粒子基光芬顿催化剂在使用过程中，容易发生团聚，制备步骤复杂的问题。方法：一、取Fe3O4纳米粒子溶于去离子水中，搅拌得到溶液A；二、向溶液A中加入吡咯单体，搅拌得溶液B；三、将盐酸水溶液滴入至溶液B中，静置后加入铁氰化钾，并继续搅拌，得到产物；四、产物用去离子水洗涤，即得到PB@Fe3O4@PPy凝胶。本发明专利技术方法简单，不仅避免了Fe3O4在催化过程中的流失，更重要的是避免了粒子间的聚集，提高了材料的稳定性。本发明专利技术用于污染物降解领域。

Preparation of Prussian blue @ iron oxide @ polypyrrole gel with raspberry structure

A Prussian blue @ @ iron oxide @ polypyrrole gel preparation method for raspberry structure relates to a Prussian blue @ iron oxide @ polypyrrole gel preparation method. In order to solve the problem that the Fe3O4 nanoparticle-based optical Fenton catalyst is prone to agglomeration and the preparation steps are complex in the use process. Methods: first, Fe3O4 nanoparticles were dissolved in deionized water, stirring to obtain solution A; two, adding pyrrole monomer to the solution A, stirring the solution B; three, dropping the hydrochloric acid solution into the solution B, then adding potassium ferricyanide and then stirring it to obtain the product; four, the product was washed with deionized water, that is, the PB@Fe3O4@PPy gel was obtained. The method of the invention is simple, not only avoids the loss of Fe3O4 in the catalytic process, but also avoids the aggregation of particles and improves the stability of the material. The invention is used in the field of pollutant degradation.

【技术实现步骤摘要】
一种树莓结构的普鲁士蓝@四氧化三铁@聚吡咯凝胶的制备方法
本专利技术涉及一种普鲁士蓝@四氧化三铁@聚吡咯凝胶的制备方法。
技术介绍
随着人类经济的快速发展，越来越多的污染物被排放到环境中，这些污染物通常具有毒性大、集聚性强等特点，对人类健康及生态平衡造成了严重危害。如何提高环境中污染物的降解效率成为科研工作者研究的热点。近年来，人们发现了多种污染物降解方法，包括：高级氧化、生物降解和吸附法等。高级氧化术，主要包括光催化氧化法、芬顿氧化法、臭氧氧化法及湿式氧化法等，这些方法因具有可以将污染物矿化的独特优势引起了人们广泛关注。高级氧化法一般需要高效的催化剂，纳米粒子因小尺寸效应和表面效应，成为催化材料的佼佼者。然而纳米粒子所面临的：(1)使用寿命短，容易被腐蚀中毒；(2)容易聚集，催化活性降低；(3)难以回收、循环使用寿命低等问题，成为其广泛应用的主要瓶颈。非均相光芬顿技术作为高级氧化术家族中的佼佼者备受人们关注。非均相光芬顿技术相对于均相过程克服了pH值范围窄，形成大量的铁污泥等缺点，因此其应用比均相芬顿更为广泛。Fe3O4纳米粒子因其特殊的性能如磁性、电性、催化性、低毒性，在非均相光芬顿技术中备受人们青睐。但Fe3O4纳米粒子作为催化剂在光芬顿降解过程中，其各向异性偶极相互作用会引发粒子的聚集，从而破坏材料的分散性及稳定性。将Fe3O4锚定在载体上，是解决这一问题的有效方法。如：Qiu及Dadfarnia等人将Fe3O4负载在金属有机骨架材料MIL-100(Fe)上用于有机染料的降解；Sun等人将Fe3O4负载到多壁碳纳米管(MWCNTs)上并用于内分泌干扰物的降解。然而，这些材料一方面在使用的过程中，由于Fe3O4暴露在体系中，在反应过程中容易发生脱落，从而影响材料的催化性能。另一方面制备步骤也较为复杂，如Fe3O4@MIL-100(Fe)制备过程中，首先需对Fe3O4表面进行巯基乙酸修饰，然后经多个步骤才能得到Fe3O4@MIL-100(Fe)复合物，反应过程复杂，耗时长；Fe3O4/MWCNTs的制备需先将MWCNTs进行酸处理，然后在无氧的条件下经多个步骤才能最终得到Fe3O4/MWCNTs催化剂。
技术实现思路
本专利技术是要解决Fe3O4纳米粒子基光芬顿催化剂在使用过程中，容易发生团聚，制备步骤复杂的问题，提供一种树莓结构的普鲁士蓝@四氧化三铁@聚吡咯凝胶的制备方法。本专利技术树莓结构的普鲁士蓝@四氧化三铁@聚吡咯凝胶的制备方法，包括以下步骤：一、室温下，取Fe3O4纳米粒子溶于去离子水中，搅拌0.5～1小时，得到溶液A；其中Fe3O4纳米粒子的质量和去离子水的体积比为(0.04-0.16)g：(1-4)mL；二、室温下，向溶液A中加入吡咯单体，搅拌0.5-2小时后得溶液B；溶液A中Fe3O4纳米粒子的质量和吡咯单体的体积比为(0.04-0.16)g：(0.05-0.2)mL；三、在0-5℃下，将浓度为0.1～0.15mol/L的盐酸水溶液，以0.5-4mL/min的速度滴入至溶液B中，静置0.5-3小时后，迅速加入铁氰化钾，并继续搅拌0.5～1小时，得到产物；其中盐酸水溶液与溶液B的体积比为1：1，铁氰化钾的质量和溶液B的体积比为(0.025-0.1)g：2mL；四、产物用去离子水洗涤3～5次，即得到PB@Fe3O4@PPy凝胶。本专利技术的有益效果：1、本专利技术通过一锅法即可制备PB@Fe3O4@PPy凝胶。在材料制备过程中吡咯单体被氧化成聚吡咯，同时三价铁离子还原为二价铁离子，而生成的二价铁离子可以直接与体系中的铁氰化钾作用得到PB。所需反应设备简单，工艺步骤简单，为下一步大规模生产奠定有利基础；2、本专利技术以反应模板法为出发点，能够通过反应时间调控材料的形貌结构。由于吡咯单体被氧化成为聚吡咯的速度较慢，因此当反应时间较短时，凝胶结构不能形成；同时PB@Fe3O4@PPy凝胶中PB的形成依赖于吡咯单体的氧化，因此随着反应时间的延长，材料中PB的含量逐渐增多，凝胶体积逐渐增大。3、本专利技术所制备的三元凝胶复合材料中，PPy的厚度可以通过加入盐酸后的反应时间来调控；4、本专利技术方法的显著优势在于反应条件温和，在水相内即可进行。同时PB及PPy的存在避免了粒子的聚集，降低了电子和空穴的复合几率。PPy的引入能有效在Fe3O4纳米粒子上形成凝胶包覆，不仅避免了Fe3O4在催化过程中的流失，更重要的是避免了粒子间的聚集，提高了材料的稳定性，从而更有利于材料的循环使用；PB有捕获电子的能力(FeIIIFeIII(CN)6+e-→FeIIIFeIII(CN)6-)，从而能减少Fe3O4电子与空穴的复合。连续循环使用3次后，材料的催化效率几乎没有发生改变，表明PB@Fe3O4@PPy凝胶具有良好的循环使用性能。此外，本专利技术得到了树莓结构的PB@Fe3O4@PPy凝胶结构，这种结构有利于污染物的降解，能够有效的提高催化活性。将PB@Fe3O4@PPy和Fe3O4分别用于四环素的降解。常温下，将10mgPB@Fe3O4@PPy和Fe3O4分别对50ml浓度为100mg/L四环素进行降解。PB@Fe3O4@PPy在反应50min后对四环素降解率高达92％以上。结果显示，本专利技术制备的这种具有树莓结构的PB@Fe3O4@PPy相对于纯Fe3O4纳米粒子而言，具有更高的催化效果。该结构在催化、免疫传感器等诸多领域都有着潜在的应用前景。附图说明图1是实施例一制备的树莓结构的PB@Fe3O4@PPy凝胶数码照片；图2是实施例一制备的树莓结构的PB@Fe3O4@PPy凝胶的透射电镜照片；图3是实施例二制备的树莓结构的PB@Fe3O4@PPy凝胶XRD谱图；图4是实施例一中PB@Fe3O4@PPy和Fe3O4分别对四环素进行降解比较图，其中曲线1表示Fe3O4，曲线2表示PB@Fe3O4@PPy；图5为实施例一中PB@Fe3O4@PPy凝胶的循环使用性能测试结果。具体实施方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式树莓结构的普鲁士蓝@四氧化三铁@聚吡咯凝胶的制备方法，包括以下步骤：一、室温下，取Fe3O4纳米粒子溶于去离子水中，搅拌0.5～1小时，得到溶液A；其中Fe3O4纳米粒子的质量和去离子水的体积比为(0.04-0.16)g：(1-4)mL；二、室温下，向溶液A中加入吡咯单体，搅拌0.5-2小时后得溶液B；溶液A中Fe3O4纳米粒子的质量和吡咯单体的体积比为(0.04-0.16)g：(0.05-0.2)mL；三、在0-5℃下，将盐酸水溶液滴入至溶液B中，静置0.5-3小时后，迅速加入铁氰化钾，并继续搅拌0.5～1小时，得到产物；其中盐酸水溶液与溶液B的体积比为1：1，铁氰化钾的质量和溶液B的体积比为(0.025-0.1)g：2mL；四、产物用去离子水洗涤，即得到PB@Fe3O4@PPy凝胶。本实施方式通过一锅法制备Fe3O4基三元光芬顿凝胶(PB@Fe3O4@PPy)，制备方法简单，只需一锅即可实现。该方法不仅解决了传统Fe3O4纳米粒子基光芬顿材料所面临的制备步骤复杂、反应条件苛刻、降解效率不高等问题。通过将Fe3O4纳米粒子负载于PPy凝胶中避免了其在反应过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种树莓结构的普鲁士蓝@四氧化三铁@聚吡咯凝胶的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：一、室温下，取Fe3O4纳米粒子溶于去离子水中，搅拌0.5～1小时，得到溶液A；其中Fe3O4纳米粒子的质量和去离子水的体积比为(0.04‑0.16)g：(1‑4)mL；二、室温下，向溶液A中加入吡咯单体，搅拌0.5‑2小时后得溶液B；溶液A中Fe3O4纳米粒子的质量和吡咯单体的体积比为(0.04‑0.16)g：(0.05‑0.2)mL；三、在0‑5℃下，将盐酸水溶液滴入至溶液B中，静置0.5‑3小时后，迅速加入铁氰化钾，并继续搅拌0.5～1小时，得到产物；其中盐酸水溶液与溶液B的体积比为1：1，铁氰化钾的质量和溶液B的体积比为(0.025‑0.1)g：2mL；四、产物用去离子水洗涤，即得到PB@Fe3O4@PPy凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种树莓结构的普鲁士蓝@四氧化三铁@聚吡咯凝胶的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：一、室温下，取Fe3O4纳米粒子溶于去离子水中，搅拌0.5～1小时，得到溶液A；其中Fe3O4纳米粒子的质量和去离子水的体积比为(0.04-0.16)g：(1-4)mL；二、室温下，向溶液A中加入吡咯单体，搅拌0.5-2小时后得溶液B；溶液A中Fe3O4纳米粒子的质量和吡咯单体的体积比为(0.04-0.16)g：(0.05-0.2)mL；三、在0-5℃下，将盐酸水溶液滴入至溶液B中，静置0.5-3小时后，迅速加入铁氰化钾，并继续搅拌0.5～1小时，得到产物；其中盐酸水溶液与溶液B的体积比为1：1，铁氰化钾的质量和溶液B的体积比为(0.025-0.1)g：2mL；四、产物用去离子水洗涤，即得到PB@Fe3O4@PPy凝胶。2.根据权利要求1所述的一种树莓结构的普鲁士蓝@四氧化三铁@聚吡咯凝胶的制备方法，其特征在于步骤一和步骤二中搅拌为机械搅拌。3.根据权利要求1或2所述的一种树莓结构的普鲁士蓝@四氧化三铁@聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚同杰，杨扬，马守春，贾文杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23