一種零維氧化鈰空心球的制備方法
【專利說明】一種零維氧化鈰空心球的制備方法
[0001]
技術領域
[0002]本發明屬于材料學領域，涉及一種納米材料，具體來說是一種零維氧化鈰空心球的制備方法。
【背景技術】
[0003]零維納米材料(空心微球)具有形態可控，尺寸均勻，比表面積大和密度低等特點。與一維納米材料相比，無機氧化物空心微球具有低密度、高滲透性、高熱和力學穩定性等特點，在輕質填料、人造細胞、高選擇性催化劑或催化劑載體、以及在用于藥物釋放體系的微膠囊材料等方面具有極為廣闊的應用前景。無機氧化物空心微球還具有奇特的分等級納米孔結構，這使得反應物分子可以更容易地轉移到多孔殼壁的活性位置從而可以提高光催化的效率。并且，這種空心結構在理論上允許紫外光和可見光在內部孔洞中進行多次反射從而進一步提高光源的利用率。在當前環境污染嚴重的形勢之下，無機空心微球的光催化特性已成為解決環境問題的途徑之一。無機空心材料的制備方法主要包括模板法、界面自組裝反應法、水熱-溶劑熱反應法、熱分解法和超聲化學法的固相法等，其中模板法由于靈活性高，適應性強和重復性好等特點成為空心材料最為常用的制備方法。常用的模板包括利用表面活性劑形成的液晶、膠束、氣泡等“軟模板”，以及納米微球如聚合物微球、二氧化硅微球、碳球等“硬模板”。稀土元素中的鈰(Ce)元素在我國的儲藏量最大，而且氧化鈰具有晶形單一(立方螢石型)，電化學性能和光化學性能良好等特點，被廣泛的用在拋光，紫外吸收劑，催化氧化，電極等領域。氧化鈰(Ce02)作為η型半導體，禁帶寬度為2.95 eV，其光吸收閾值約為420nm。理論上來說只要波長小于420nm的光，都可以被氧化鈰吸收利用，所以在可見光下是具有一定的光催化性能。加上&02屬于立方螢石型氧化物，使得氧在&02晶格中有很快的擴散速率，可以提高光催化反應效率。并且Ce02具有高密度表面晶格缺陷，光催化過程中可以有效地抑制光生電子和空洞的復合，從而進一步提高光催化活性。
[0004]本文通過模板法和高溫煅燒相結合的方法來制備零維氧化鈰空心球。以PS為模板，硝酸亞鈰的水合物為鈰源，氫氧化鈉為沉淀劑，制備了粒徑均勻，形貌規整的零維氧化鈰空心球，研究了其在可見光下對RhB溶液的降解性能。
【發明內容】
[0005]針對現有技術中的上述技術問題，本發明提供了一種零維氧化鈰空心球的制備方法，所述的這種零維氧化鈰空心球的制備方法解決了現有技術中的零維氧化鈰空心球比面積低、可見光下催化活性不高的技術問題。
[0006]本發明提供了一種零維氧化鈰空心球的制備方法，包括以下步驟:
1) 一個制備粒徑均一的聚苯乙烯模板的步驟，在一個反應容器中加入去離子水、乳化劑十二烷基磺酸鈉、緩沖劑NaHC03、甲基丙烯酸，混合均勻后加入苯乙烯單體，攪拌后加入引發劑過硫酸鉀，反應8~12h后結束，得到聚苯乙烯模板；；其中，去離子水、乳化劑、緩沖劑、甲基丙烯酸、苯乙烯單體和引發劑的質量比為800:1.76:1:1.6:6:lo
[0007]2) —個在聚苯乙烯模板表面形成氫氧化鈰沉淀的步驟，在聚苯乙烯模板中加入硝酸鈰，然后再加入氫氧化鈉的水溶液，苯乙烯單體、硝酸鈰、氫氧化鈉固體的質量摩爾比為2g: 0.0Olmol: 0.09g ；
3)—個對沉淀進行離心洗滌的步驟，分別用去離子水和無水乙醇洗滌3~5次，然后過濾；
4)一個去除聚苯乙烯模板的步驟，將過濾后得到的沉淀先烘干，再在450~550°C的馬弗爐中焙燒1~3小時后獲得零維氧化鈰空心球。
[0008]進一步的，所述的氫氧化鈉溶液的質量百分比濃度為4.5%。
[0009]進一步的，所述的硝酸鈰溶液的濃度為0.05mol/Lo
[0010]進一步的，所述的NaHC03溶液的質量百分比濃度為20%。
[0011]具體的，所述苯乙烯單體優選為減壓蒸餾后的。
[0012]具體的，所述引發劑過硫酸鉀為重結晶后的，減少雜質，使得形成的PS球較規整。
[0013]具體的，所述沉淀劑為氫氧化鈉，大大降低制作成本，同時能形成表面帶顆粒的氧化鈰，增加其比表面積。同時通過控制加液速率來控制制備的樣品的形貌規整性。
[0014]氧化鈰空心球的形成機理如下:
由于制備的PS模板就帶有負電荷，所以會很容易吸附金屬的陽離子，加入硝酸鈰的溶液后，Ce3+就被吸附在PS模板表面，然后加入NaOH溶液后0H和形成Ce (0H) 3沉淀，經過水和乙醇洗滌多余的雜質后，剩下的沉淀經過烘干，在馬弗爐中焙燒，可以把PS模板完全燒掉，同時會在球層表面留下孔洞，&(0!1)3被氧化成Ce02，這樣剩下的就是Ce02。零維氧化鈰空心微球的制備路線如圖5所示。
[0015]本發明在反應中加入了乳化劑和緩沖劑以及控制油浴的溫度使得能聚合成球形度很好的PS球。加入甲基丙烯酸，使得形成的PS球表面帶有負電荷，有利于吸附金屬陽離子進進行下一步實驗。加入合適的鈰源和沉淀劑，用于制備金屬氧化物空心球材料。
[0016]本發明采用模板法和高溫煅燒相結合的方法制備出零維氧化鈰空心球，經檢測制得的零維氧化鋪空心球的粒徑大小約220nm，比表面積67m2/g，高于市售納米氧化鋪的17m2/g ;零維氧化鈰空心球對RhB溶液的降解率為90%以上，遠高于市售納米氧化鈰的16%。
[0017]本發明是一種操作簡單，重復性高的制備零維無機氧化物的方法，制備了表面帶有負電荷的PS微球，這樣得到的PS微球可以利用靜電作用吸附金屬離子。本可用于材料制備，廢水處理等技術領域。同時零維氧化鈰空心球由于其納米尺寸效應和獨特的空心結構，使得在對染料廢水處理方面有重大意義。
[0018]本發明和已有技術相比，其技術進步是顯著的。本發明利用模板法制備的零維氧化鈰空心球粒徑均一，重復性高，比表面積大，可以有效的吸附水中的染料，在可見光下表現出很好的光催化性能，且重復利用率很高。
【附圖說明】
[0019]圖1是PS模板的SEM圖。
[0020]圖2是零維氧化鈰空心球的SEM (A)和TEM圖(B)。
[0021]圖3是零維氧化鈰空心球的XRD圖(A)和FTIR (B)。
[0022]圖4是