專(zhuān)利名稱(chēng)：：以介孔二氧化硅為模板合成高比表面積納米鐵酸鑭的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種納米鐵酸鑭的合成方法。技術(shù)背景納米鐵酸鑭是一種具有獨(dú)特物理和化學(xué)性質(zhì)的新型材料，多用于co、NH3、CH4等的催化氧化反應(yīng)，在理論上是研究催化劑表面及催化性能的理想產(chǎn)品。由于傳統(tǒng)的合成方法(如檸檬酸絡(luò)合法等)有粒子團(tuán)聚現(xiàn)象和粒子尺寸不可控等缺陷，減少了比表面積，嚴(yán)重影響其催化等性能。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有鐵酸鑭的比表面積低的問(wèn)題，而提供一種以介孔二氧化硅為模板合成高比表面積納米鐵酸鑭的方法。本發(fā)明以介孔二氧化硅為模板，通過(guò)本發(fā)明的方法提高了納米鐵酸鑭的比表面積，并改善了其催化等性能。以介孔二氧化硅為模板合成高比表面積納米鐵酸鑭的方法是按下述步驟實(shí)現(xiàn)的一、La(N03)3'6H20和Fe(N03)3'9H20按1:1的摩爾比加入無(wú)水乙醇中得到混合溶液(紅褐色的均勻溶液)，其中混合溶液中1^3+的濃度為2.5mol/L，F(xiàn)e^的濃度為2.5mol/L;二、在攪拌的條件下，將經(jīng)預(yù)處理的介孔二氧化硅粉末迅速加到的步驟一得到的混合溶液，在608(TC條件下，恒溫?cái)嚢柚琳吵頎?，然后?010(TC下干燥2030小時(shí)，研磨至納米級(jí)；三、將研磨后的固體在50090(TC條件下焙燒1.54小時(shí)，冷卻至室溫；四、將冷卻后的固體加到氫氧化鈉溶液中，在80100"C的水浴下攪拌46小時(shí)，然后離心分離，用二次蒸餾水洗滌三至五次；五、將洗滌后的固體在80100。C條件下烘干，然后在500°〇條件下焙燒2小時(shí)即得到高比表面積納米鐵酸鑭；步驟二中介孔二氧化硅與Fe(N03)3'9H20的質(zhì)量比為0.5-2.0:3。步驟二中介孔二氧化硅粉末的預(yù)處理方法如下在80100。C條件下，將介孔二氧化硅粉末加熱4~6小時(shí)；介孔二氧化硅粉末為介孔二氧化硅SBA-16或介孔二氧化硅SBA-15。步驟二中介孔二氧化硅粉末為介孔二氧化硅SBA-16或介孔二氧化硅SBA-15。步驟四中氫氧化鈉溶液的濃度為24mol/L。本發(fā)明合成過(guò)程工藝簡(jiǎn)單、操作方便、成本低，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明以介孔二氧化硅SBA-16為模板來(lái)合成高比表面積納米鐵酸鑭，由于介孔二氧化硅具有三維孔道結(jié)構(gòu)，有利于物質(zhì)傳輸，用它作為模板可以有效地利用介孔的多孔性能，從而將晶體的生長(zhǎng)抑制在固定的體積范圍內(nèi)，解決了傳統(tǒng)的合成方法易團(tuán)聚的缺點(diǎn)。本發(fā)明合成納米鐵酸鑭的比表面積在34.5-129.6m2/g。與檸檬酸絡(luò)合法相比本發(fā)明合成產(chǎn)品比表面積增三倍以上，同時(shí)催化與吸附等性能明顯改善。圖1是具體實(shí)施方式九中不同焙燒溫度下制得高比表面積納米鐵酸鑭的XRD衍射圖(介孔與鐵酸鑭質(zhì)量比為1:1)。圖2是具體實(shí)施方式九步驟三的焙燒溫度為70(TC時(shí)合成的高比表面積納米鐵酸鑭的N2吸附-脫附等溫曲線圖。圖3是具體實(shí)施方式九步驟三的焙燒溫度為70(TC時(shí)合成的高比表面積納米鐵酸鑭的孔徑分布曲線圖。具體實(shí)施方式具體實(shí)施方式一本實(shí)施方式中以介孔二氧化硅為模板合成高比表面積納米鐵酸鑭的方法是按下述步驟實(shí)現(xiàn)的一、La(N03)3*6H20和Fe(N03)3'9H20按l:l的摩爾比加入無(wú)水乙醇中得到混合溶液(紅褐色的均勻溶液)，其中混合溶液中La"的濃度為2.5mol/L，F(xiàn)e"的濃度為2.5mol/L;二、在攪拌的條件下，將經(jīng)預(yù)處理的介孔二氧化硅粉末迅速加到的步驟一得到的混合溶液，在608(TC條件下，恒溫?cái)嚢柚琳吵頎睿缓笤?010(TC下干燥2030小時(shí)，研磨至納米級(jí)；三、將研磨后的固體在500900。C條件下焙燒1.54小時(shí)，冷卻至室溫；四、將冷卻后的固體加到氫氧化鈉溶液中，在80~100。C的水浴下攪拌46小時(shí)，然后離心分離，用二次蒸餾水洗滌三至五次；五、將洗滌后的固體在8010(TC條件下烘干，然后在50(TC條件下焙燒2小時(shí)即得到高比表面積納米鐵酸鑭；步驟二中介孔二氧化硅與Fe(NO3)3.9H2O的質(zhì)量比為0.52.0:3。本實(shí)施方式合成的高比表面積納米鐵酸鑭的產(chǎn)率在99.8%以上，說(shuō)明La(N03)3'6H20與Fe(N03)3'9H20基本上完全反應(yīng)生成了鐵酸鑭。具體實(shí)施方式二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟二中介孔二氧化硅粉末的預(yù)處理方法如下在80~100。C條件下，將介孔二氧化硅粉末加熱46小時(shí)。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟二中介孔二氧化硅粉末為介孔二氧化硅SBA-16或介孔二氧化硅SBA-15。其它與具體實(shí)施方式一相同。本實(shí)施方式中介孔二氧化硅粉末是市售商品，或者按文獻(xiàn)中的方法合成。具體實(shí)施方式四..本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟二中介孔二氧化硅與Fe(N03)y9H20的質(zhì)量比為0.8-1.9:3。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟二中介孔二氧化硅與Fe(N03),9H20的質(zhì)量比為1.8:3。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟三中焙燒溫度為60090(TC。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟三中焙燒溫度為80(TC。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是步驟四中氫氧化鈉溶液的濃度為24mol/L。其它與具體實(shí)施方式一相同。具體實(shí)施方式九本實(shí)施方式中以介孔二氧化硅為模板合成高比表面積納米鐵酸鑭的方法是按下述步驟實(shí)現(xiàn)的一、1.78gLa(N03)3*6H20和1.65gFe(N03)y9H20按1:1的摩爾比加入4mL無(wú)水乙醇中得到混合溶液，其中混合溶液中L^+的濃度為2.5mol/L，F(xiàn),的濃度為2.5mol/L;二、在攪拌的條件下，將經(jīng)預(yù)處理的介孔二氧化硅粉末迅速加到的步驟一得到的混合溶液，，在60°C條件下，恒溫?cái)嚢柚琳吵頎?，然后?0(TC下千燥20小時(shí)，研磨至納米級(jí)；三、將研磨后的固體在500900。C條件下焙燒2小時(shí)，冷卻至室溫；四、將冷卻后的固體加到濃度為2mol/L氫氧化鈉溶液中，在80r的水浴下攪拌4小時(shí)，然后離心分離，用二次蒸餾水洗滌三至五次；五、將洗滌后的固體在100°C條件下烘干，然后在50(TC條件下焙燒2小時(shí)即得到高比表面積納米鐵酸鑭；步驟二中介孔二氧化硅與Fe(N03》9H20的質(zhì)量比為0.52.0:3。對(duì)本實(shí)施方式進(jìn)行檢測(cè)驗(yàn)證本發(fā)明的效果對(duì)本實(shí)施方式制得產(chǎn)品進(jìn)行XRD衍射測(cè)試，結(jié)果如圖l。由圖l可以看出，步驟三的焙燒溫度為50(TC時(shí)沒(méi)有形成鐵酸鑭晶體，當(dāng)焙燒溫度高于500x:后，各峰都?xì)w屬于鐵酸鑭晶體的衍射峰，隨著焙燒溫度的增加，各衍射峰的峰型沒(méi)有變化，峰強(qiáng)增加，說(shuō)明結(jié)晶度逐漸變好。從圖2等溫線上的狹長(zhǎng)的滯后環(huán)中可以得出本實(shí)施方式合成的高比表面積納米鐵酸鑭具有不規(guī)則的孔結(jié)構(gòu)，并且在圖3的孔徑分布曲線中可以看到樣品的孔徑主要分布在25nm，這些都可以歸因于介孔模板去除后樣品具有的多孔結(jié)構(gòu)，而該多孔結(jié)構(gòu)可以使樣品具有高比表面積。表1:模板法和檸檬酸絡(luò)合法合成經(jīng)不同溫度焙燒的納米鐵酸鑭的比表面積值及可見(jiàn)光催化降解羅丹明B(RhB)的降解率表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>由表1中可以看出，使用本實(shí)施方式得到的比表面積值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于檸檬酸絡(luò)合法合成的樣品，并且隨著焙燒溫度的升高，比表面積逐漸降低。與檸檬酸絡(luò)合法低溫焙燒合成的產(chǎn)品相比，本實(shí)施方式方法合成的產(chǎn)品具有更高的比表面積，而且在80(TC焙燒后依然保持較大的比表面積。從光催化降解數(shù)據(jù)中可以看出，與檸檬酸絡(luò)合法相比，使用本實(shí)施方式方法合成的產(chǎn)品具有更高的光催化活性，并且隨著焙燒溫度的升高，光催化活性逐漸增強(qiáng)，這與檸檬酸絡(luò)合法合成的樣品的活性變化規(guī)律相反，這是由于模板法合成樣品溫度升高后在保持有較大比表面積的同時(shí)增加樣品的結(jié)晶度，因此使其光催化活性逐漸增強(qiáng)。綜上所述，本實(shí)施方式方法實(shí)現(xiàn)了高比表面積的納米鐵酸鑭的合成。經(jīng)過(guò)以上的表征結(jié)果可以推斷，通過(guò)使用介孔二氧化硅為模板來(lái)合成高比表面積納米鐵酸鑭可以在提高焙燒溫度的同時(shí)保持有較高的比表面積值，因此可以得到了具有較高的結(jié)晶度的樣品的光催化活性更高。鐵酸鑭的比表面積提高，其有效利用面積增加，能夠明顯改善其催化和吸附等性能，從而擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。權(quán)利要求1、以介孔二氧化硅為模板合成高比表面積納米鐵酸鑭的方法，其特征在于以介孔二氧化硅為模板合成高比表面積納米鐵酸鑭的方法是按下述步驟實(shí)現(xiàn)的一、La(NO3)3·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O按1∶1的摩爾比加入無(wú)水乙醇中得到混合溶液，混合溶液中La3+的濃度為2.5mol/L，F(xiàn)e3+的濃度為2.5mol/L；二、在攪拌的條件下，將經(jīng)預(yù)處理的介孔二氧化硅粉末迅速加到的步驟一得到的混合溶液，在60～80℃條件下，恒溫?cái)嚢柚琳吵頎睿缓笤?0～100℃下干燥20～30小時(shí)，研磨至納米級(jí)；三、將研磨后的固體在500～900℃條件下焙燒1.5～4小時(shí)，冷卻至室溫；四、將冷卻后的固體加到氫氧化鈉溶液中，在80～100℃的水浴條件下攪拌4～6小時(shí)，然后離心分離，用二次蒸餾水洗滌三至五次；五、將洗滌后的固體在80～100℃條件下烘干，然后在500℃條件下焙燒2小時(shí)即得到高比表面積納米鐵酸鑭；步驟二中介孔二氧化硅與Fe(NO3)3·9H2O的質(zhì)量比為0.5～2.0∶3。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的以介孔二氧化硅為模板合成高比表面積納米鐵酸鑭的方法，其特征在于步驟二中介孔二氧化硅粉末的預(yù)處理方法如下在8010(TC條件下，將介孔二氧化硅粉末加熱46小時(shí)。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的以介孔二氧化硅為模板合成高比表面積納米鐵酸鑭的方法，其特征在于步驟二中介孔二氧化硅粉末為介孔二氧化硅SBA-16或介孔二氧化硅SBA-15。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的以介孔二氧化硅為模板合成高比表面積納米鐵酸鑭的方法，其特征在于步驟二中介孔二氧化硅與Fe(N03)3.9H20的質(zhì)量比為0.81.9:3。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的以介孔二氧化硅為模板合成高比表面積納米鐵酸鑭的方法，其特征在于步驟二中介孔二氧化硅與Fe(N03)3.9H20的質(zhì)量比為1.8:3。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的以介孔二氧化硅為模板合成高比表面積納米鐵酸鑭的方法，其特征在于步驟三中焙燒溫度為60090(TC。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的以介孔二氧化硅為模板合成高比表面積納米鐵酸鑭的方法，其特征在于步驟三中焙燒溫度為800。C。8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的以介孔二氧化硅為模板合成高比表面積納米鐵酸鑭的方法，其特征在于步驟四中氫氧化鈉溶液的濃度為24mol/L。全文摘要以介孔二氧化硅為模板合成高比表面積納米鐵酸鑭的方法，它涉及一種納米鐵酸鑭的合成方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有鐵酸鑭的比表面積低的問(wèn)題。一、La(NO₃)₃·6H₂O和Fe(NO₃)₃·9H₂O加到無(wú)水乙醇得混合溶液；二、將預(yù)處理的介孔二氧化硅粉末迅速加到混合溶液中，恒溫?cái)嚢?，干燥，研磨；三、焙燒，冷卻；四、將冷卻后的固體加到氫氧化鈉溶液中，水浴攪拌，離心分離，洗滌；五、烘干，焙燒即可。本發(fā)明合成過(guò)程工藝簡(jiǎn)單、操作方便、成本低，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明合成納米鐵酸鑭的比表面積在34.5307～129.672m²/g。與檸檬酸絡(luò)合法相比，本發(fā)明合成產(chǎn)品比表面積增三倍以上，同時(shí)催化和吸附等性能明顯改善。文檔編號(hào)C01F17/00GK101318708SQ20081006497公開(kāi)日2008年12月10日申請(qǐng)日期2008年7月23日優(yōu)先權(quán)日2008年7月23日發(fā)明者井立強(qiáng),付宏剛,蘇海嬌申請(qǐng)人:黑龍江大學(xué)