一種檸檬酸輔助Mn摻雜鉬酸釔選擇性吸附納米材料及其制備方法與流程

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本發(fā)明屬于選擇性吸附納米材料技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種檸檬酸輔助Mn摻雜鉬酸釔選擇性吸附納米材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

日益嚴(yán)重的環(huán)境污染，已成為人類越來越關(guān)注的問題。隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，近幾年選擇性吸附材料成為材料學(xué)及催化科學(xué)的研究熱點(diǎn)。其中，鉬酸鹽因具有較高的比表面能、外露表面活性高等特點(diǎn)一直備受關(guān)注。鉬酸鹽是良好的選擇性吸附基體，但仍存在選擇性功能不強(qiáng)、吸附效率低等缺點(diǎn)，極大的限制了該選擇性吸附材料的廣泛應(yīng)用。為了改善選擇性吸附材料存在的不利因素，除了考慮開發(fā)構(gòu)型新穎、響應(yīng)范疇寬、性能穩(wěn)定、應(yīng)用領(lǐng)域廣的選擇性吸附材料外,還可以對(duì)選擇性吸附材料基體進(jìn)行摻雜改性，例如金屬離子摻雜。金屬離子摻雜是指所摻雜的離子摻入基體的晶格里面，改變其能帶結(jié)構(gòu)和表面活性，提高基體的選擇吸附能力。目前制備選擇性吸附材料的方法主要有：固相法、水熱法、共沉淀法。

固相法是按照一定比例將需要的的金屬碳酸鹽或者金屬氧化物進(jìn)行混合，進(jìn)行高溫煅燒。目前固相法的工藝方法已成熟，其優(yōu)點(diǎn)主要有操作簡(jiǎn)單、樣品性能優(yōu)良、機(jī)械強(qiáng)度高、活性好。但制出的產(chǎn)品性能較差，另外，煅燒過程中溫度過高會(huì)造成產(chǎn)品的燒結(jié)和團(tuán)聚，降低產(chǎn)品的吸附性；水熱法是一種新型的液相合成技術(shù)，所用溶劑是水，加入相關(guān)實(shí)驗(yàn)藥品之后，給反應(yīng)體系加熱、加壓，創(chuàng)造一個(gè)適宜的反應(yīng)環(huán)境，使物質(zhì)在反應(yīng)容器（實(shí)驗(yàn)常用反應(yīng)釜）中進(jìn)行產(chǎn)品的合成。該工藝過程無需燒結(jié)，避免了在燒結(jié)過程中晶粒的異常長(zhǎng)大，并且不用研磨，從而避免了由此帶來的雜質(zhì)的影響。但該方法條件苛刻，所需時(shí)間長(zhǎng)，操作不安全，并且產(chǎn)量較低，產(chǎn)品強(qiáng)度不高，所以其使用受到一定的限制，不適合工業(yè)化生產(chǎn)；共沉淀法是金屬離子與沉淀劑生成沉淀，然后將生成的沉淀過濾，在高溫條件下煅燒，生成難溶金屬鹽或者金屬水合氧化物的過程。該方法的優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備要求低，操作過程簡(jiǎn)單，且合成產(chǎn)物的粒徑較小。但也存在一些問題，如成分偏析會(huì)在沉淀過程中出現(xiàn)；抽濾過程中，會(huì)洗掉部分沉淀物；所得產(chǎn)物的結(jié)晶度不高，在熱處理過程中容易出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象等。因此，采用沉淀法制備得到的選擇性吸附材料的吸附活性不高。

綜上所述，現(xiàn)有的工藝制備方法存在著一些不足之處，因此研究一種采用新穎、高效的制備方法制備吸附活性較高的選擇性吸附材料顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種檸檬酸輔助錳摻雜鉬酸釔選擇性吸附納米材料，該選擇性吸附材料顆粒均勻、結(jié)構(gòu)及性能穩(wěn)定、選擇吸附性能好、吸附過程安全、無污染。同時(shí)提供一種該選擇性吸附納米材料的制備方法，制備方法簡(jiǎn)單易操作，制備出的產(chǎn)品性能優(yōu)良，可以廣泛應(yīng)用于制備選擇性吸附納米材料。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種檸檬酸輔助Mn摻雜鉬酸釔選擇性吸附納米材料，其特征在于，所述選擇性吸附納米材料的化學(xué)分子式為：Mn_xY_2-xMo₄O₁₅，其中x的取值范圍為0.02≤x≤0.2。

所述檸檬酸輔助Mn摻雜鉬酸釔選擇性吸附納米材料的制備方法，包括以下步驟。

步驟1、按照所述的選擇性吸附納米材料的化學(xué)分子式的化學(xué)計(jì)量比Mn：Y=x：（2-x）,稱取釔的可溶性鹽、錳的可溶性鹽溶于適量蒸餾水中，得到溶液A。

步驟2、量取一定量的鉬酸銨（(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O），溶解于適量溶劑中，得到溶液B。

步驟3、待上述溶液A、B分別攪拌均勻后，將B緩慢倒入A溶液中，攪拌，得到前軀體溶膠C。

步驟4、將前軀體溶膠C放入恒溫水浴或油浴中，加熱處理成前軀體凝膠。

步驟5、向前驅(qū)體凝膠中加入檸檬酸，然后放入烘箱中烘干，得到膨脹后的物質(zhì)D(檸檬酸和錳摻雜鉬酸釔的混合物)。

步驟6、將物質(zhì)D取出置于剛玉坩堝內(nèi)，在馬弗爐中煅燒，得到選擇性吸附納米材料。

前述檸檬酸輔助Mn摻雜鉬酸釔選擇性吸附納米材料的制備方法，具體包括以下步驟。

步驟1、按照所述的選擇性吸附納米材料的化學(xué)分子式的化學(xué)計(jì)量比稱取(2-x)mmol釔的可溶性鹽、xmmol錳的可溶性鹽（0＜x＜2），溶于30-60moL蒸餾水中，得到溶液A。

步驟2、量取0.3-0.8mmol鉬酸銨（(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O），溶解于適量溶劑中，得到溶液B。

步驟3、待上述溶液A、B分別攪拌均勻后，將B緩慢倒入A溶液中，攪拌，得到前軀體溶膠C。

步驟4、將前軀體溶膠C放入溫度為60-100℃的恒溫水浴或油浴中，反應(yīng)時(shí)間為6-12h，處理成前軀體凝膠。

步驟5、向前驅(qū)體凝膠中加入1-2g檸檬酸，然后放入烘箱，在150-200℃下，保溫3-5h，得到膨脹后的物質(zhì)D。

步驟6、將物質(zhì)D取出置于剛玉坩堝內(nèi)，在馬弗爐中煅燒，先在350-450℃下預(yù)燒1-2h，再在550-700℃下終燒2-3h，得到選擇性吸附納米材料。

優(yōu)選地，步驟（1）中所述的釔的可溶性鹽為硝酸鹽、碳酸鹽或醋酸鹽中的一種或幾種。

優(yōu)選地，步驟（1）中所述錳的可溶性鹽為硝酸鹽、碳酸鹽或醋酸鹽中的一種或幾種。

優(yōu)選地，Y³⁺:Mo⁶⁺的摩爾比為1:2。

優(yōu)選地，步驟（2）中所述的溶劑包括甲醇、乙醇、丁醇、丙酮或丁酮中的一種或幾種混合物。

優(yōu)選地，步驟（3）中將溶液B緩慢倒入溶液A中，攪拌條件為磁力攪拌或機(jī)械攪拌，500-1000r/min，攪拌時(shí)間為1-2h。

所述的檸檬酸輔助Mn摻雜鉬酸釔選擇性吸附納米材料廣泛應(yīng)用于利用太陽光提供的能源吸附有機(jī)污染物，達(dá)到降解污染物的目的。

本發(fā)明的有益效果。

本發(fā)明采用一種新穎高效的制備方法制備吸附活性較高的選擇性吸附材料，采用配位燒結(jié)法，首先制備配位前驅(qū)體，并加入檸檬酸輔助，檸檬酸輔助的作用，使得在燒結(jié)過程中，減少團(tuán)聚現(xiàn)象，最后一步燒結(jié)就可以將檸檬酸燒掉使得制備出的粉體純度高，顆粒小，形貌均勻，性能穩(wěn)定；其次，本發(fā)明采用Mn離子進(jìn)行摻雜，大大提升了吸附材料的性能。

本發(fā)明中，檸檬酸輔助Mn摻雜鉬酸釔選擇性吸附納米材料化學(xué)分子式為：Mn_xY_2-_xMo₄O₁₅，其中x的取值范圍為0.02≤x≤0.2，采用非整數(shù)化學(xué)比，而現(xiàn)有的吸附材料均為單一整數(shù)配比，本發(fā)明引入Mn離子，使得晶格結(jié)構(gòu)未發(fā)生改變,但是原子所占據(jù)的格點(diǎn)發(fā)生了變化，使其具有更好的吸附性能，并且可延伸出更多性能，而用現(xiàn)有的方法進(jìn)行制備，在非化學(xué)整數(shù)比上很難控制。

本發(fā)明在制備鉬酸釔基質(zhì)的基礎(chǔ)上，以一定比例的錳離子摻雜鉬酸釔制備選擇性吸附材料，Y₂Mo₄O₁₅基體本身有一定的選擇性吸附能力，Mn²⁺摻雜使基體晶格中引入了缺陷位置或者改變了該樣品的表面結(jié)構(gòu)，當(dāng)Mn²⁺摻雜量為8%時(shí)，該吸附材料具有最優(yōu)的吸附性能。Mn²⁺摻雜使所制備的選擇性吸附材料的吸附性能得以改善，極大地提高了鉬酸釔基體的選擇性吸附能力。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1-5中不同Mn²⁺摻雜濃度時(shí)鉬酸釔粉體的XRD圖譜；其中，a-標(biāo)準(zhǔn)pdf卡片#53-0358；b- Mn²+摻雜x=0的鉬酸釔粉體；c- Mn²⁺摻雜x=0.04的鉬酸釔粉體；d- Mn²⁺摻雜x=0.08的鉬酸釔粉體；e- Mn²⁺摻雜x=0.12的鉬酸釔粉體；f- Mn²⁺摻雜x=0.16的鉬酸釔粉體；g- Mn²⁺摻雜x=0.2的鉬酸釔粉體。

圖2為實(shí)施例1-5中不同Mn²⁺摻雜（x=0.04,0.08,0.12,0.16,0.2）的吸附降解速率圖。

圖3為實(shí)施例6錳摻雜度為2%的鉬酸釔粉體的掃描電鏡圖。

圖4為實(shí)施例7錳摻雜度為6%的鉬酸釔粉體的掃描電鏡圖。

圖5為實(shí)施例8錳摻雜度為8%的鉬酸釔粉體的掃描電鏡圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的介紹。所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1