一种非化学计量比Fe0.716V1.284O4粉体的制备方法

摘要

本发明公开了一种非化学计量比Fe0.716V1.284O4粉体的制备方法，包括以下步骤：将铁盐和钒盐按照Fe:V=1:1的摩尔配比分别溶于HNO3溶液和NaOH溶液中；以NaOH为矿化剂调节pH值至0.5~4.5，形成前驱液；微波水热反应后冷却至室温，取出反应沉淀物经洗涤，干燥后，再在空气气氛下以3℃/min的速率从室温升至350~550℃并保温120~240min，即得粉体。本方法简单易控，制备周期短，节省能源，得到的目标产物粒子分布均匀，形貌、晶相结构和比表面积可控，对染料污染物的吸附脱色性较好，不需要光源作为反应能源，对于染料污染物的脱色降解处理可操作性强，具有广泛的应用前景。

权利要求

1.一种非化学计量比Fe0.716V1.284O4粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将铁盐和钒盐按照Fe:V=1:1的摩尔配比分别溶于HNO3溶液和NaOH溶液中；将上述两种溶液混合，以NaOH为矿化剂调节pH值至0.5～4.5，形成前驱液；将前驱液在温度为

140～220℃的条件下微波水热反应60～120min，反应完成后冷却至室温，取出反应沉淀物经洗涤，干燥后，再在空气气氛下以3℃/min的速率从室温升至350～550℃并保温120～

240min，即得到了非化学计量比Fe0.716V1.284O4粉体；

微波水热反应中填充比为40～60%；

所述铁盐和钒盐分别为九水硝酸铁、偏钒酸铵；

所述九水硝酸铁和偏钒酸铵的物质的量均为Amol，HNO3溶液和NaOH溶液的体积均为Bml，A：B=（0.0002～0.0015）：1。

2.根据权利要求1所述的一种非化学计量比Fe0.716V1.284O4粉体的制备方法，其特征在于，溶解铁盐的HNO3溶液的浓度为0.5～4.5mol/L，溶解钒盐的NaOH溶液的浓度为1～

5mol/L。

说明书

一种非化学计量比Fe0.716V1.284O4粉体的制备方法

【技术领域】

[0001] 本发明属于功能材料领域，涉及一种微波水热法低温制备非化学计量比钒酸铁脱色剂的方法。【背景技术】

[0002] 随着社会的快速发展和工业的不断进步，日趋严重的水污染问题，已对人类的生存安全构成重大威胁，成为人类健康、经济和社会可持续发展的重大障碍。在水污染问题解决过程中，印染废水作为难降解废水的一类，正受到了越来越多的关注。由于印染废水通常含有大量有色染料，水体中色度较高，光线难以穿透，使得传统的光催化处理污水技术具有一定的应用难度。因此亟需寻求操作性更强的印染废水处理技术。【发明内容】

[0003] 本发明的目的在于提供一种无光照条件下具有高脱色性的非化学计量比Fe0.716V1.284O4粉体的制备方法，其反应时间短，工艺流程简单，粒度分布均匀且成本较低；所制备的Fe0.716V1.284O4粉体在无光照的条件下具有较高的脱色性。

[0004] 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0005] 一种非化学计量比Fe0.716V1.284O4粉体的制备方法，包括以下步骤：将铁盐和钒盐按照Fe:V=1:1的摩尔配比分别溶于HNO3溶液和NaOH溶液中；将上述两种溶液混合，以NaOH为矿化剂调节pH值至0.5~4.5，形成前驱液；将前驱液在温度为140~220℃的条件下微波 水热反应60~120min，反应完成后冷却至室温，取出反应沉淀物经洗涤，干燥后，再在空气气氛下以3℃/min的速率从室温升至350~550℃并保温120~240min，即得到了非化学计量比Fe0.716V1.284O4粉体。

[0006] 本发明进一步的改进在于：溶解铁盐的HNO3溶液的浓度为0.5~4.5mol/L，溶解钒盐的NaOH溶液的浓度为1~5mol/L。

[0007] 本发明进一步的改进在于：微波水热反应中填充比为40~60%。

[0008] 本发明进一步的改进在于：所述铁盐和钒盐分别为九水硝酸铁、偏钒酸铵。 [0009] 本发明进一步的改进在于：所述九水硝酸铁和偏钒酸铵的物质的量均为Amol，HNO3溶液和NaOH溶液的体积均为Bml，A：B=（0.0002~0.0015）：1。

[0010] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明方法作为一种新型环境友好的快速合成方法，结合了微波独特的加热特性和水热法的优点，工艺简单易控，制备周期短，节省能源，得到的粉体粒度分布均匀，形貌、晶相结构和比表面积可控，对染料污染物的吸附脱色性较好，不需要光源作为反应能源，对于染料污染物的脱色降解处理可操作性强，具有广泛的应用前景；该方法工艺简单，成本低，具有其他一些方法不可比拟的优越性。 【附图说明】

[0011] 图1是本发明非化学计量比Fe0.716V1.284O4粉体的XRD图（实施例2：pH=1.5）； [0012] 图2是本发明非化学计量比Fe0.716V1.284O4粉体的FESEM图（实 施例2：pH=1.5）； [0013] 图3是本发明非化学计量比Fe0.716V1.284O4粉体与纯相罗丹明B溶液对比的紫外可见光吸收光谱，其中罗丹明B溶液浓度为10mg/L，Fe0.716V1.284O4粉体浓度为3.0g/L.(实施例2：pH=1.5)。【具体实施方式】

[0014] 本发明以九水硝酸铁[Fe(NO3)3·9H2O]为铁源，偏钒酸铵（NH4VO3）为钒源，将铁盐和钒盐按照Fe:V=1:1的摩尔配比分别溶于HNO3和NaOH溶液中，以NaOH为矿化剂，pH控制在0.5~4.5，微波水热反应温度140~220℃，保温时间60~120min，煅烧温度350~550℃并保温120~240min，合成了非化学计量比Fe0.716V1.284O4粉体。

[0015] 下面结合本发明优选的实施例对本发明做进一步描述，本发明中所用原料均为分析纯。

[0016] 实施例1：

[0017] 步骤1：将0.002mol Fe(NO3)3·9H2O溶解于20mL浓度为4.5mol/L的HNO3溶液，将0.002mol NH4VO3溶解于20mL浓度为1mol/L的NaOH溶液中；

[0018] 步骤2：将两种溶液混合均匀，在磁力搅拌器上搅拌20min，然后用NaOH调节pH为0.57，制得前驱物溶液；

[0019] 步骤3：将前驱物溶液加入微波水热反应釜中，填充比为40%，然后将反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定反应温度为140℃，保温时间为60min；

[0020] 步骤4：待反应完成后，冷却，取出反应釜中的棕黄色沉淀物，用去离子水洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤，最后在60℃下恒温干燥，得到粉体；

[0021] 步骤5：将干燥后的粉体再在空气气氛下以3℃/min的速率从室温升至550℃并保温120min，即得到了非化学计量比Fe0.716V1.284O4粉体。

[0022] 以浓度为10mg/L的罗丹明B溶液为目标污染物，脱色剂粉体投入浓度为3.0g/L，加水配制成50ml溶液。在黑暗环境下进行吸附脱色反应；

[0023] 脱色剂（本实施例制备的Fe0.716V1.284O4粉体）投入染料溶液中反应30min后取出适量溶液，经离心分离后取其上清液，用紫外可见分光光度计测定上清液的残余吸光度； [0024] 该粉体经XRD测试为非化学计量比Fe0.716V1.284O4粉体。

[0025] 实施例2：

[0026] 步骤1：将0.005mol Fe(NO3)3·9H2O溶解于20mL浓度为2mol/LHNO3溶液，0.005mol NH4VO3溶解于20mL浓度为3mol/L NaOH溶液中；

[0027] 步骤2：将两种溶液混合均匀，在磁力搅拌器上搅拌10min，然后用NaOH调节pH为1.5，制得前驱物溶液；

[0028] 步骤3：将前驱物溶液加入微波水热反应釜中，填充比为60%，然后将反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定反应温度为180℃，保温时间为80min；

[0029] 步骤4：待反应完成后，冷却，取出反应釜中的棕黄色沉淀物，用去离子水洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤，最后在60℃下恒温干燥，得到粉体；

[0030] 步骤5：将干燥后的粉体再在空气气氛下以3℃/min的速率从室温升至400℃并保温180min，即得到了非化学计量比Fe0.716V1.284O4粉体；

[0031] 以浓度为10mg/L的罗丹明B溶液为目标污染物，脱色剂粉体投入浓度为3.0g/L，加水配制成50ml溶液。在黑暗环境下进行吸附脱色反应；

[0032] 脱色剂投入染料溶液中反应30min后取出适量溶液，经离心分离后取其上清液，用紫外可见分光光度计测定上清液的残余吸光度；

[0033] 从图3可以看出，曲线1为未加脱色剂（Fe0.716V1.284O4、Fe2V4O13）的罗丹明B溶液的紫外可见吸收光谱，其最大吸收峰在554nm处，初始吸光强度为2.5307；曲线3可知，在无光照情况下，脱色剂（Fe0.716V1.284O4）投入染料溶液中反应30min后，溶液的吸光度发生显著变化，在554nm处的最大吸收峰下降为0.6437。由Fe0.716V1.284O4的XRD图可知，存在微量的Fe2V4O13相，相同实验的条件下，单独投入Fe2V4O13一种物质时，由曲线2可知，罗丹明溶液的最大吸收峰强度仅发生微小减弱，为2.1765。由此可见，在无光照情况下，对于罗丹明B溶液的吸光度显著下降起主导作用的是Fe0.716V1.284O4相。根据朗伯-比耳定律，溶液浓度较低(<20ppm)时，光的吸收程度和吸光物质的浓度呈线性关系。由降解公式：

[0034] D%=(C0-C)/C0×100%

[0035] (A0-A)/A0×100%

[0036] 可知，A0值为罗丹明B溶液的初始吸光强度，A值分别为投入Fe0.716V1.284O4及单独投入Fe2V4O13时，溶液在554nm处的最大吸收峰值。由计算可知，

[0037] D(Fe0.716V1.284O4)%=(2.5307-0.6437)/2.5307×100%

[0038] =74.56%

[0039] D(Fe2V4O13)%=(2.5307-2.1765)/2.5307×100%

[0040] =14.00%

[0041] 可以看出，在无光照条件下，有Fe0.716V1.284O4存在时，罗丹明B溶液即可发生降解脱色反应，脱色率可达74.56%。由于不需要光源作为发生脱色反应的能量来源，因而该降解过程能耗较低；此外，大部分工业染料废水色度较高，光线难以进入，常规紫外/可见光下响应的光催化剂无法接受光子能量，使光催化降解反应效率大大减弱。而本专利所涉及的无光照条件下对罗丹明B染料的脱色降解即很好的解决了光源无法进入的问题，具有较大的实际工业应用价值及可操作性。

[0042] 用XRD测定粉体的物相组成，从粉体的图1（实施例2）中可以看出采用微波水热法按照本发明的工艺可以制备出非化学计量比Fe0.716V1.284O4粉体。图2是本发明在pH=1.5下制得的非化学计量比Fe0.716V1.284O4粉体的FESEM图（实施例2）。从图中可以看出所制的的非化学计量比Fe0.716V1.284O4粉体为纳米片层状物质组成的花朵状 物质。 [0043] 实施例3：

[0044] 步骤1：将0.015mol Fe(NO3)3·9H2O溶解于20mL浓度为0.5mol/LHNO3溶液，0.015mol NH4VO3溶解于20mL浓度为5mol/L NaOH溶液中；

[0045] 步骤2：将两种溶液混合均匀，在磁力搅拌器上搅拌50min，然后用NaOH调节pH为4.0，制得前驱物溶液；

[0046] 步骤3：将前驱物溶液加入微波水热反应釜中，填充比为55%，然后将反应釜置于微波辅助水热合成仪中，设定反应温度为220℃，保温时间为120min；

[0047] 步骤4：待反应完成后，冷却，取出反应釜中的棕黄色沉淀物，用去离子水洗涤至中性后，再用无水乙醇洗涤，最后在60℃下恒温干燥，得到粉体；

[0048] 步骤5：将干燥后的粉体再在空气气氛下以3℃/min的速率从室温升至350℃并保温240min，即得到了非化学计量比Fe0.716V1.284O4粉体。

[0049] 以浓度为10mg/L的罗丹明B溶液为目标污染物，脱色剂粉体投入浓度为3.0g/L，加水配制成50ml溶液。在黑暗环境下进行吸附脱色反应；

[0050] 脱色剂投入染料溶液中反应30min后取出适量溶液，经离心分离后取其上清液，用紫外可见分光光度计测定上清液的残余吸光度；

[0051] 该粉体经XRD测试为非化学计量比Fe0.716V1.284O4粉体。

[0052] 以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。