一种富氧空位铁钒矿纳米颗粒的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开一种富氧空位铁钒矿纳米颗粒的制备方法及应用，包括以下步骤：将FeCl3•

【技术实现步骤摘要】
一种富氧空位铁钒矿纳米颗粒的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及一种富氧空位铁钒矿纳米颗粒的制备方法及其在活化过硫酸盐并降解水中有机污染物方面的应用，属于新材料


技术介绍

[0002]水体污染修复和有机污染物降解一直是水污染控制领域的研究热点。基于过硫酸盐的高级氧化技术是一种新型、高效的水处理方法，它是过硫酸盐通过光、热或催化等作用分解产生具有强氧化性的活性氧物种（例如SO4⦁
−
, ⦁
OH）的一种氧化方法。活性氧物种可以与有机污染物反应从而将其氧化分解，达到净化水质的目的。然而，过一硫酸盐（PMS）常温下较稳定，活化速率较慢，对有机污染物的降解效果不理想，这主要是因为催化剂的活性较低。
[0003]氧空位是带两个正电荷的点缺陷，在金属氧化物中普遍存在。氧空位的存在可以改变催化剂的局部电子结构，增强催化剂的局部电子密度。此外，存在于半导体中的氧空位具有捕获光生电子的性质，在可见光的照射下，氧空位可以进一步提高催化剂局部电子密度。电荷密度的提高可使催化剂具备介导电子得失的能力，这有利于过硫酸盐的非自由基活化。
[0004]铁钒矿（Fe
2.5
V
7.1
O
16
）是一种二元金属氧化物，具有较高的稳定性和混合过渡金属，是一种良好的光催化剂，最初作为天然铁钒矿被人们认识。目前报道的人工合成的铁钒矿的方法是采用溶解热法，该方法需要消耗大量的有机溶剂。由于含有铁元素，铁钒矿具有活化过硫酸盐的活性。通过在铁钒矿纳米颗粒上制造氧空位，铁钒矿可以在光照下实现过硫酸盐的非自由基活化，从而选择性降解有机污染物。氧空位在过硫酸盐活化的电子转移过程中起到关键作用，研究这种构效关系对深入理解过硫酸盐活化机理具有重要的意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个目的是：提供一种富氧空位铁钒矿纳米颗粒的制备方法，该方法使用简单的水热反应一步合成富氧空位铁钒矿纳米颗粒，氧空位含量可以通过反应温度调节。本专利技术的另一个目的是：研究氧空位与过硫酸盐活化性能之间的构效关系。
[0006]本专利技术技术方案是：一种富氧空位铁钒矿纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：（1）将4.0 mmol FeCl3•
6H2O溶解在40 mL去离子水中，形成溶液A；（2）将4.0 mmol NH4VO3加入到40 mL去离子水中，通过加热至80℃将固体溶解，形成溶液B；（3）将3 mL 6.0 M HCl溶液分别添加到溶液A和B中；（4）在搅拌下将溶液B加入到溶液A中以形成悬浮液，10 min后向混合溶液中加入8.0 mmol柠檬酸钠；（5）悬浮液冷却至室温后，用浓氨水（25wt%
‑
28wt%）将pH调节至2.0，继续搅拌30 min；（6）将悬浮液转移至100 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，密封并在烘箱中以160~220℃（优选为160℃）的温度加热24小时；（7）反应釜冷却至室温后，将生成的沉淀分别用去离子水、乙醇和丙酮多次洗涤，最后在60℃下真空干燥6小时。由此得到富含氧空位的铁钒矿纳米颗粒。
[0007]进一步的，将4.0 mmol NH4VO3固体溶解在40 mL去离子水中，需要将溶液加热至80℃使固体完全溶解。
[0008]进一步的， 用36 wt%~38 wt%的浓盐酸与和去离子水配置成浓度为6.0 M HCl溶液，随后各取3 mL分别加入到溶液A和B中，充分搅拌。
[0009]进一步的，在剧烈的搅拌下将溶液B直接倒入溶液A中以形成悬浮液，继续搅拌10 min后向混合溶液中加入8.0 mmol柠檬酸钠。
[0010]进一步的，悬浮液冷却至室温后，逐滴加入浓氨水，将pH调节至2.0，并继续搅拌30 min。
[0011]进一步的，将悬浮液转移至100 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，密封并置于烘箱中以160~220℃温度水热反应24小时。
[0012]进一步的，在160~220℃下均可合成富含氧空位铁钒矿纳米颗粒，氧空位含量可以通过反应温度调节。
[0013]进一步的，反应后生成的沉淀分别用去离子水、乙醇和丙酮多次洗涤，最后在60℃下真空干燥6小时，得到富含氧空位铁钒矿纳米颗粒。
[0014]应用：富氧空位铁钒矿纳米颗粒作为催化剂在可见光下活化过硫酸盐和降解有机污染物中的应用。
[0015]本专利技术的有益效果：该合成方法简便易行，避免使用溶剂热法，无需消耗大量有机溶剂。通过调节水热反应温度可合成一系列具有不同氧空位含量铁钒矿纳米颗粒。其中，180℃条件下合成的样品在可见光下表现出最优异的活化过硫酸盐的催化活性和有机污染物降解性能。该方法实现了铁钒矿氧空位浓度的精确调控和高效的有机污染物降解。
附图说明
[0016]图1是本专利技术实施例的产品的电子扫描电镜（SEM）图；图2是本专利技术实施例的产品的粉末X射线衍射（PXRD）图；图3是本专利技术实施例的产品的O 1s X射线光电子能谱（XPS）图；图4是本专利技术实施例的产品的降解双酚A的性能，表示为双酚A浓度随时间的变化。
具体实施方式
[0017]下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0018]实施例1：（1）将4.0 mmol FeCl3•
6H2O溶解在40 mL去离子水中，形成溶液A。
[0019]（2）将4.0 mmol NH4VO3加入到40 mL去离子水中，通过加热至80℃将固体溶解，形成溶液B。
[0020]（3）将3 mL 6.0 M HCl溶液分别添加到溶液A和B中。
[0021]（4）在搅拌下将溶液B加入到溶液A中以形成悬浮液，10 min后向混合溶液中加入8.0 mmol柠檬酸钠。
[0022]（5）悬浮液冷却至室温后，用浓氨水（25wt%）将pH调节至2.0，继续搅拌30 min。
[0023]（6）将悬浮液转移至100 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，密封并在烘箱中
以160℃的温度加热24小时。
[0024]（7）反应釜冷却至室温后，将生成的沉淀分别用去离子水、乙醇和丙酮多次洗涤，最后在60℃下真空干燥6小时，由此得到富含氧空位的铁钒矿纳米颗粒FVO
‑
160。
[0025]实施例2：除水热反应温度换成180℃外，其余与实施例1相同, 由此得到富含氧空位的铁钒矿纳米颗粒FVO
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180。
[0026]实施例3：除水热反应温度换成200℃外，其余与实施例1相同, 由此得到富含氧空位的铁钒矿纳米颗粒FVO
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200。
[0027]实施例4：除水热反应温度换成220℃外，其余与实施例1相同, 由此得到富含氧空位的铁钒矿纳米颗粒FVO
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220。
[0028]图1是本专利技术实施例的产品的电子扫描电镜（SEM）图，FVO
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160、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富氧空位铁钒矿纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将4.0 mmol FeCl3•
6H2O溶解在40 mL去离子水中，形成溶液A；（2）将4.0 mol NH4VO3加入到40 mL去离子水中，通过加热至80℃将固体溶解，形成溶液B；（3）将3 mL 6.0 M HCl溶液分别添加到溶液A和B中；（4）在搅拌下将溶液B加入到溶液A中以形成悬浮液，10 min后向混合溶液中加入8.0 mmol柠檬酸钠；（5）悬浮液冷却至室温后，用浓氨水将pH调节至2.0，继续搅拌30 min；（6）将悬浮液转移至100 mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，密封并在烘箱中以160~220℃的温度加热24小时；（7）反应釜冷却至室温后，将生成的沉淀分别用去离子水、乙醇和丙酮多次洗涤，最后在60℃下真空干燥6小时，得到富氧空位铁钒矿...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟洲，吕健，刘祥吉，徐建刚，曹海雷，
申请(专利权)人：福建农林大学，
类型：发明
国别省市：