三维结构赤铁矿光催化材料的制备方法技术

一种三维结构赤铁矿光催化材料的制备方法，包括以下步骤：1）、备料：用铁源、溶剂和催化剂制备溶胶，放置形成凝胶，将凝胶干燥后于300～600℃煅烧1～4h，然后研磨制得纳米赤铁矿陶瓷粉体；将所述纳米赤铁矿陶瓷粉体配制成浆料；2）、成型：将制得的浆料加入浆料直写成型设备的针筒，控制针头沿成型轨迹相对工作台运动，同时针筒中的浆料不断从针头中挤出沿所述成型轨迹逐层成型，制得三维结构；3）、将制得三维结构热处理，得到三维结构赤铁矿光催化材料。本发明专利技术制备方法简单、易操作，能够制备各种复杂结构的三维结构赤铁矿光催化材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光催化材料的制备方法，特别涉及。
技术介绍
纳米赤铁矿具有禁带宽度窄，性能稳定，无毒，价格低廉，对紫外光和可见光表现出良好的光电化学响应，太阳光利用效率高等特点，广泛用于降解环境污染物、废气，光解水制氢、制氧等领域，是一种非常有前途的可见光催化剂。 陶瓷三维无模浆料直写成型技术是一种不依赖模具，不需要后续外部加工的制备微小尺度三维复杂结构功能陶瓷材料的无模直写成型方法。该技术是以气压为动力将原料挤出，通过计算机程序控制浆料直写成型设备逐层成型而得到所设计的结构，是一种集计算机辅助设计、精密机械和材料学为一体的方法，可用于对高聚物、功能陶瓷及一些软质材料(如石蜡)的加工，尤其在功能陶瓷器件的制备方面，具有成型速度快、制造周期短等特点，其路径宽度从亚微米到毫米级别。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种。本专利技术，包括以下步骤 1)、备料用铁源、溶剂和催化剂制备溶胶，放置形成凝胶，将凝胶干燥后于300 600°C煅烧I 4h，然后研磨制得纳米赤铁矿陶瓷粉体； 将所述纳米赤铁矿陶瓷粉体配制成浆料；2)、成型将制得的浆料加入浆料直写成型设备的针筒，控制针头沿成型轨迹相对工作台运动，同时针筒中的浆料不断从针头中挤出沿所述成型轨迹逐层成型，制得三维结构； 3)、将制得的三维结构热处理，得到三维结构赤铁矿光催化材料。优选地，所述浆料为光敏浆料，所述成型步骤包括在成型中用紫外光照射已成型部分。优选地,按体积计，所述光敏衆料包括35% 75%粒径为300nm 3um的所述纳米赤铁矿陶瓷粉体和65% 25%的光敏胶；所述光敏胶包括光敏胶主体、光引发剂和苯偶酰。优选地，以质量计，所述光敏胶主体包括25% 35%的甲基丙烯酸甲酯和75% 65%的季戊四醇三丙稀酸脂，所述光引发剂为2，2- 二乙氧基苯乙酮，所述光敏胶中光引发剂的质量百分含量为0. 5 15%、苯偶酰的质量百分含量为2 10% ;所述光敏浆料通过以下方法制得以甲基丙烯酸甲酯为单体、季戊四醇三丙稀酸脂为交联剂、2，2-二乙氧基苯乙酮为光引发剂配制混合溶液，向混合溶液中加入所述苯偶酰，持续搅拌至澄清制得光敏胶，将所述纳米赤铁矿陶瓷粉体加入制得的光敏胶中，搅拌均匀即制得所述光敏浆料。在采用了光敏浆料和紫外光照射辅助成型的制备方法中，所述热处理可以仅包括干燥处理，该干燥处理优选在200 400°C下预烧I 2 h。所述热处理还可以包括干燥处理和烧结处理，优选地，首先在200 40(TC下预烧I 2 h，再在高温烧结炉内在700 1200°C保温3 6小时进行烧结处理。所述浆料也可以采用非光敏浆料，优选地，这种浆料通过以下方法制得 以二水合柠檬酸三钠为分散剂，将其与纳米赤铁矿陶瓷粉体混合，以酒精为助磨剂球磨20 30h，其中纳米赤铁矿陶瓷粉体和二水合柠檬酸三钠的质量比为40 100 :1，将球磨后的浆料烘干，过筛待用；将二水合柠檬酸钠作为分散剂加入去离子水中，二水合柠檬酸钠和去离子水的摩尔比为I :100 300，均匀搅拌成澄清混合液之后，逐步向其中加入上述经过球磨分散处理的纳米赤铁矿和二水合柠檬酸三钠混合粉料，溶解制得纳米赤铁矿固相质量百分含量为50% 75%的浆料，经过20 30h陈化之后制得成型用浆料。在加入混合粉料溶解的过程中，最好用超声处理并辅以玻璃棒搅拌加速溶解。在采用非光敏浆料的制备方法中，所述热处理优选首先在30 60°C烘干，然后 在高温炉中将纳米赤铁矿三维结构置于纳米赤铁矿粉料中在600 1200°C埋烧3 10小时。优选地，所述铁源为硝酸铁，所述溶剂为乙醇，所述催化剂为环氧丙烷。优选地，所述溶胶中铁离子浓度为0. 2 0. 5mol/L。本专利技术制备方法简单、易操作，能够制备各种复杂结构的三维结构赤铁矿光催化材料。与普通赤铁矿光催化材料相比，本方法制备的三维结构赤铁矿光催化材料具有较高的可见光吸收效率。具体实施例方式下面结合具体实施例进一步对本专利技术做详细的说明。实施例一 备料以硝酸铁为铁源、乙醇为溶剂、环氧丙烷为催化剂，配制铁离子浓度为0. 35mol/L，环氧丙烷与硝酸铁的摩尔比为10的溶胶；待溶胶凝胶后，放入干燥箱中干燥，干燥后放入高温炉中煅烧，以5°C /min的升温速度升温至600°C，保温2h，再随炉冷却至室温，然后取出研磨，并过200目的筛子，制得纳米赤铁矿陶瓷粉体； 以甲基丙烯酸甲酯为单体、季戊四醇三丙稀酸脂为交联剂配制混合溶液(即光敏胶主体)，该混合溶液为油溶性溶液，其中甲基丙烯酸甲酯的质量百分含量为25% ;然后向混合溶液中加入光引发剂2，2-二乙氧基苯乙酮和苯偶酰，持续搅拌至澄清，制得光敏胶，其中，光引发剂占光敏胶的3% (质量)，苯偶酰占光敏胶的3% (质量)，低温避光存放待用。再将制得的纳米赤铁矿陶瓷粉体加入该光敏胶中，搅拌均匀即制得光敏浆料，其中，光敏浆料中纳米赤铁矿陶瓷粉体的体积百分含量为50%。光固化辅助成型将制得的光敏浆料注入浆料直写成型设备的针筒中，针筒容量为30 (^、直径22.5 mm;针头内径为0.4 mm，相应的工作气压控制在480 580 kPa之间。控制装置按照编写好的程序控制针头沿成型轨迹以设定速度相对工作台运动，针筒中的浆料在气压作用下不断从针头中挤出沿所述成型轨迹逐层成型三维结构，同时，在成型过程中使用波长280 450 nm、输出功率50 W的紫外光源对成型部分辐照，使得成型浆料迅速固化。热处理首先将成型后的制品在200°C下预烧I h，排除浆料中的光敏胶，并使结构进一步固化；然后将预烧后的制品在高温炉中进行烧结处理，具体的烧结制度为首先以100 °C/h的升温速度从室温升温至600 °C，并保温4 h;然后以60 °C/h升温至1200V。在1200 1保温烧结4 h后，降温6 h至1000 °C保温2 h ;控制降温速度为50 V /h,降温到800 °C并保温2 h;最后以同样的降温速度降温至200 1后，随炉冷却到室温取出，制得三维结构赤铁矿光催化材料。光降解实验将制得的三维结构赤铁矿光催化材料放入浓度为4mg/L,约3mL的亚甲基蓝溶液中，用50W的汞灯在距离制品4cm处水平照射(y方向)，然后用分光光度计在x方向上测量溶液在300 800nm波段的吸收率，每照射Imin进行一次吸收率的测试，总照射时间为20min。实验表明，在紫外光照IOmin后，溶液浓度降为初始浓度的20%，辐照20min后，溶液浓度降到5%，如果继续延长光照时间，可使溶液中的亚甲基蓝完全分解。实施例一中，采用光敏浆料直写成型三维结构，在逐层直写成型过程中利用紫外光对已成型部分进行辐照，引发光敏浆料发生光化学反应而硬化，从而加速定型固化，避免直写成型得到的结构发生断裂或坍塌，不但实现了陶瓷浆料直写制备三维结构的可控、快速制造，同时大大简化了浆料的制备工艺和测试要求，还提高了浆料直写成型的成品率。实施例二 以硝酸铁为铁源、乙醇为溶剂、环氧丙烷为催化剂，配制铁离子浓度为0. 46mol/L，环氧丙烷与硝酸铁的摩尔比为11的溶胶，其余与实施例一相同，制得三维结构赤铁矿光催化材料。采用与实施例一相同的实验条件，对实施例二制得的三维结构赤铁矿光催化材料进行光降解实验，结果表明，在紫外光照20mi本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李勃，彭琴梅，宋英翠，孙竞博，周济，李龙土，李亚运，苏水源，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：