一鍋球磨固相法制備CuI-Fe₃O₄磁性納米復合物的方法

一鍋球磨固相法制備CuI-Fe₃O₄磁性納米復合物的方法
【專利摘要】本發明公開了一鍋球磨固相法制備CuI?Fe3O4磁性納米復合物的方法，其特征在于：在室溫下將五水合硫酸銅、碘化鉀、亞硫酸鈉和磁性Fe3O4納米粉一鍋混合，通過機械球磨引發混合原料的固相反應，制備出CuI?Fe3O4磁性納米復合物。本發明反應原料一鍋法室溫固相球磨反應制備CuI?Fe3O4磁性納米復合物的技術，制備過程簡單、易于控制；避免使用表面活性劑、模板劑和溶劑，提高了產物純度，也符合材料合成綠色化的要求；本發明提供的CuI?Fe3O4磁性納米復合物的制備方法，適合于大規模生產。
【專利說明】
一鍋球磨固相法制備Cu 1-Fe3O4磁性納米復合物的方法
技術領域
[0001 ]本發明屬于納米材料及其制備領域，特別涉及一種Cul-Fe304磁性納米復合物的制備方法。
【背景技術】
[0002]CuI是一種用途十分廣泛的物質，在有機催化、太陽能電池、二極管發光、樹脂改性、人工降雨等領域有著重要的應用。其中，CuI作為催化劑，可以催化一系列鹵代烴參與的偶聯反應，例如Heck反應、Suzuki反應及Ullmann反應等。目前，CuI的制備方法較多。比如:元素直接反應法(Yaqing Liu, et.al.Synthesis of nano-Cul and its catalyticactivity in the thermal decomposit1n of ammonium perchlorate，Res.Chem.Intermed.，2015，41:3885-3892)，電沉積法(Takeshi Takeda，et.al.Copper(I)1dide-catalyzed reg1selective allylat1n ofa-(2-pyridylth1)allylstannanes.A new route ?οδ，ε-unsaturated ketones,Tetrahedron Lett.?1997?38，2879_2882)，水熱法(L.P.Zhang，et.al.Growth and shape evolut1n of octahedralCuI crystal by a SC-assisted hydrothermal method?Mater.Res.Bull.?2006?41?905-908) ?脈沖激光沉積法(P.M.Sirimanne , et.al.Characterizat1n of transparentconducting CuI thin films prepared by pulse laser deposit1n technique，Chem.Phys.Lett.，2002，366，485-489)，真空蒸發(K.Tennakone，et.al.Deposit1n ofthin conducting films of CuI on glass，Sol.Energy Mater.Sol.Cells，1998，55，283-289)，等等。現有的制備方法雖然可以制備出CuI，但仍然存在一些不足，如:在制備過程中，有的需要使用復雜昂貴的設備、有的需要使用添加劑、有的需要高溫條件、有的產生毒性較大的副產物，特別是液相法制備過程中產物粒子容易發生團聚，CuI超細納米粉較難制備。
[0003]此外，納米催化材料由于粒徑過小，實際使用過程中難以回收，導致催化劑的回收再利用存在困難，從而增加了催化劑的用量和生產成本。同時，催化劑的直接排放也造成了環境污染。為降低生產成本、減少環境污染，人們一直在尋求催化劑回收、循環再利用的方法。眾所周知，通過磁性分離將納米粉末催化劑從反應體系中分離，是一種回收再利用催化劑的有效方法。要成功實施磁性分離，必須賦予納米粉末催化劑一定的磁性。目前，Fe304作為常用的磁性載體材料，已經廣泛地應用于磁性納米復合材料的制備中，比如:朱道政等人采用溶劑熱醇還原法，制備出絨球狀的多孔Fe304@Cu20核殼納米復合物(朱道政等，Fe304@Cu2O多孔納米微球的制備及可見光光催化性能研究，安黴大學學報(自然科學版)，2013，37
(5):73-79) ;Li等人通過葡萄糖還原法制備出豆莢狀核殼結構的Fe304@C@Cu20磁性納米復合物(S.K.Li等，Magnetic Fe304@C@Cu20 composites with bean-1 ike core/shellnanostructures: Synthesis,properties and applicat1n in recyclablephotocatalytic degradat1n of dye pollutants.Journal of Materials Chemistry,2011,21:7459-7466)。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于提供一種Cu1-Fe3O4磁性納米復合物的制備方法，具有簡單易行、節約成本、節能環保的優點。
[0005]本發明實現發明目的，采用如下技術方案:
[0006]本發明一鍋球磨固相法制備Cu1-Fe3O4磁性納米復合物的方法，其特點在于:在室溫下將五水合硫酸銅、碘化鉀、亞硫酸鈉和磁性Fe3O4納米粉(粒徑在80?10nm)—鍋混合，通過機械球磨引發混合原料的固相反應，制備出Cul-Fe304磁性納米復合物。具體包括如下步驟:
[0007]將五水合硫酸銅、碘化鉀和亞硫酸鈉按照2:2:1.2的摩爾比混合均勻，再按每0.01摩爾五水合硫酸銅加入Sg磁性Fe3O4納米粉的加入量，向其中加入磁性Fe3O4納米粉，獲得混合原料;將混合原料放入球磨錯罐中在QM-3SP04行星式高能球磨機中于480rpm下進行球磨固相反應;球磨反應I?8小時后，將球磨反應所得產物用蒸餾水進行洗滌，離心分離并在60°(:和0.1MPa真空度下真空干燥2小時，即得到Cu1-Fe3O4磁性納米復合物。
[0008]與現有技術相比，本發明的積極效果是:
[0009]本發明提供了反應原料一鍋法室溫固相球磨反應制備Cu1-Fe3O4磁性納米復合物的技術，制備過程簡單、易于控制;避免使用表面活性劑、模板劑和溶劑，提高了產物純度，也符合材料合成綠色化的要求;本發明提供的Cu1-Fe3O4磁性納米復合物的制備方法，適合于大規模生產。
【附圖說明】
[0010]圖1為實施例1、2、3和4制備的Cu1-Fe3O4磁性納米復合物的XRD圖；
[0011 ] 圖2為原料Fe3O4納米粒子的TEM圖像；
[0012]圖3為實施例2制備的Cu1-Fe3O4磁性納米復合物的TEM圖像。
【具體實施方式】
[0013]以下提供本發明Cu1-Fe3O4磁性納米復合物制備的【具體實施方式】。
[0014]實施例1
[0015]本實施例按如下步驟制備Cu1-Fe3O4磁性納米復合物:
[0016]按照2:2:1.2的摩爾比稱取0.02摩爾分析純的五水合硫酸銅、0.02摩爾分析純的碘化鉀、0.012摩爾分析純的亞硫酸鈉，加入配備50個直徑6mm氧化鋯磨球和8個直徑1mm氧化鋯磨球的50mL氧化鋯球磨罐中，再向其中加入16g磁性Fe3O4納米粉，在QM-3SP04行星式高能球磨機中于480rpm下連續研磨I小時；用蒸餾水對產物進行洗滌，離心分離并在60°C和0.1MPa真空度下真空干燥2小時，得到Cu1-Fe3O4磁性納米復合物。
[0017]對產品進行X-射線衍射分析，通過Scherrer公式進行計算，Cul-Fe304磁性納米復合物中CuI平均晶粒尺寸為10.lnm。
[0018]實施例2
[0019]本實施例按如下步驟制備Cu1-Fe3O4磁性納米復合物:
[0020]按照2:2:1.2的摩爾比稱取0.02摩爾分析純的五水合硫酸銅、0.02摩爾分析純的碘化鉀、0.012摩爾分析純的亞硫酸鈉，加入配備50個直徑6mm氧化鋯磨球和8個直徑1mm氧化鋯磨球的50mL氧化鋯球磨罐中，再向其中加入16g磁性Fe3O4納米粉，在QM-3SP04行星式高能球磨機中于480rpm下連續研磨2小時；用蒸餾水對產物進行洗滌，離心分離并在60°C和
0.1MPa真空度下真空干燥2小時，得到Cu1-Fe3O4磁性納米復合物。
[0021 ] 對產品進行X-射線衍射分析，通過Scherrer公式進行計算，Cul-Fe304磁性納米復合物中CuI平均晶粒尺寸為10.7nm。
[0022]實施例3
[0023]本實施例按如下步驟制備Cu1-Fe3O4磁性納米復合物:
[0024]按照2:2:1.2的摩爾比稱取0.02摩爾分析純的五水合硫酸銅、0.02摩爾分析純的碘化鉀、0.012摩爾分析純的亞硫酸鈉，加入配備50個直徑6mm氧化鋯磨球和8個直徑1mm氧化鋯磨球的50mL氧化鋯球磨罐中，再向其中加入16g磁性Fe3O4納米粉，在QM-3SP04行星式高能球磨機中于480rpm下連續研磨4小時；用蒸餾水對產物進行洗滌，離心分離并在60°C和
0.1MPa真空度下真空干燥2小時，得到了Cu1-Fe3O4磁性納米復合物。
[°°25] 對產品進行X-射線衍射分析，通過Scherrer公式進行計算，Cul-Fe304磁性納米復合物中CuI平均晶粒尺寸為11.7nm。
[0026]實施例4
[0027]本實施例按如下步驟制備Cu1-Fe3O4磁性納米復合物:
[0028]按照2:2:1.2的摩爾比稱取0.02摩爾分析純的五水合硫酸銅、0.02摩爾分析純的碘化鉀、0.012摩爾分析純的亞硫酸鈉，加入配備50個直徑6mm氧化鋯磨球和8個直徑1mm氧化鋯磨球的50mL氧化鋯球磨罐中，再向其中加入16g磁性Fe3O4納米粉，在QM-3SP04行星式高能球磨機中于480rpm下連續研磨8小時，用蒸餾水對產物進行洗滌，離心分離并在60°C和
0.1MPa真空度下真空干燥2小時，得到Cu1-Fe3O4磁性納米復合物。
[0029]對產品進行X-射線衍射分析，通過Scherrer公式進行計算，Cul-Fe304磁性納米復合物中CuI平均晶粒尺寸為12.9nm。
[0030]性能測試:
[0031 ] 1、X_射線衍射分析(XRD分析):
[0032]分別將實施例1、2、3和4制得的Cu1-Fe3O4磁性納米復合物進行XRD分析，結果見圖
1。由Scherrer公式計算得到:當球磨時間內分別為Ih、2h、4h、8h時，所得Cu1-FesCk磁性納米復合物中CuI粒子的平均晶粒尺寸分別為10.lnm、10.7nm、11.7nm、12.9nm，表明隨著球磨時間的延長，產物CuI的平均晶粒大小稍稍增大。因此，在制備過程中，球磨時間的長短對Cu1-Fe304磁性納米復合物中Cu I粒子的平均晶粒尺寸影響不大。
[0033]2、透射電子顯微鏡分析(TEM分析):
[0034]分別將Fe3O4納米粒子原料和實施例2制得的Cu1-Fe3O4磁性納米復合物進行TEM分析，結果見圖2、圖3。可以看出Fe3O4顆粒的形狀為立方體或近似球形，粒徑大約是80?lOOnm，表面較光滑。而實施例2制得的Cul-Fe304磁性納米復合物的表面要比Fe304原料粗糙得多，表面存在大量CuI納米微粒，表明成功地合成了Cu1-Fe3O4磁性納米復合物。
【主權項】
1.一鍋球磨固相法制備Cu1-Fe3O4磁性納米復合物的方法，其特征在于:在室溫下將五水合硫酸銅、碘化鉀、亞硫酸鈉和磁性Fe304納米粉一鍋混合，通過機械球磨引發混合原料的固相反應，制備出Cu1-Fe3O4磁性納米復合物。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，包括如下步驟: 將五水合硫酸銅、碘化鉀和亞硫酸鈉按照2:2:1.2的摩爾比混合均勻，再按每0.01摩爾五水合硫酸銅加入8g磁性Fe3O4納米粉的加入量，向其中加入磁性Fe3O4納米粉，獲得混合原料； 將混合原料在球磨機中于480rpm下進行球磨固相反應； 反應I?8小時后，將球磨反應所得產物用蒸餾水進行洗滌，離心分離，然后在60°C、0.1MPa真空度下真空干燥2小時，即得到Cu1-Fe3O4磁性納米復合物。3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述的磁性Fe3(k納米粉的粒徑在80?10nm0
【文檔編號】B82Y30/00GK105964282SQ201610476247
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月23日
【發明人】李龍鳳, 張茂林, 肖培培, 付先亮, 劉明珠, 陳鐵旦
【申請人】淮北師范大學