一种磁性纳米复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磁性纳米复合材料及其制备方法，包括采用热聚合法制备g‑C3N4；采用溶剂热法制备磁性CoFe2O4；将g‑C3N4和磁性CoFe2O4混合，采用超声水热法制备CoFe2O4/g‑C3N4磁性纳米复合材料。本发明专利技术制备的CoFe2O4/g‑C3N4磁性纳米复合材料，CoFe2O4均匀附着在片状g‑C3N4的表面，并未进入其晶格内；磁性纳米复合材料具有较好的稳定性，对CIP有较好的光催化降解作用，经多次循环回收利用后，降解率仍能达到最初效率的90％以上，同时，借助磁性纳米复合材料的磁性，能将其从废水中快速分离，是一种可循环利用的环境友好型的光催化材料。

【技术实现步骤摘要】
一种磁性纳米复合材料及其制备方法
本专利技术涉及新材料
，尤其涉及一种磁性纳米复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着经济的发展和人类生活水平的提高，抗生素的使用量和排放量也在逐年增加。据统计，全球每年的抗生素使用量约为10～20万吨，其中50％用于治疗动物疾病和生长促进。21世纪最初10年内，全球人类抗生素的消费量增加了36％。有研究表明，全球淡水中抗生素浓度都已超标：美洲淡水中检出的抗生素浓度高达15μg/L，欧洲超过了10μg/L，非洲超过50μg/L，而亚太地区污染情况最为严重，超过了450μg/L。其中，中国的抗生素问题不容小觑。数据显示，中国地表水中检出了68种抗生素，湖泊中检出了39种抗生素，其中，喹诺酮是检出频率与风险最高的一类抗生素。环境中的抗生素可能对微生物和水生生物造成危害，影响其群落结构及生态环境，进而通过食物链、食物网影响更高级的生物。长期饮用含有抗生素的水，会影响人体肾脏功能、干扰正常激素水平、降低机体免疫力等。因此，人们亟待寻找一种稳定、高效且环保的手段来解决抗生素带来的生态环境问题。近年来，高级氧化技术受到了广泛研究。因具有常温下可进行、可利用太阳光、催化剂来源广和可彻底去除污染物等优良特点，半导体光催化技术得到了众多研究者们的青睐。目前，广泛研究的半导体光催化剂包括TiO2、ZnO、CdS和g-C3N4等，主要用于燃料电池、光催化降解、气体储存、二氧化碳还原和光解水制氢等方面。其中，石墨相氮化碳(Graphiticcarbonnitride，g-C3N4)是一种无毒、制造成本低、不含金属元素、所需元素地表含量丰富的半导体材料，逐渐受到众多研究者的青睐。氮化碳(C3N4)有5种结构(β-C3N4、α-C3N4、g-C3N4、p-C3N4和c-C3N4)，其中g-C3N4在常温常压下最为稳定。普遍认为，g-C3N4是一种类石墨层状材料，层间通过弱的范德华力相连，以三均三嗪基为基本单元。g-C3N4的光生电子-空穴对具有很强的氧化还原能力。然而，g-C3N4应用于水中降解污染物时，具有光生电子-空穴对极易复合、比表面积小、电导率低和不利于回收等缺点。为此，诸多研究对g-C3N4进行了改性和掺杂，如掺杂金属元素Cu、Fe和Co等，非金属元素C、P和S等，以及复合氧化物如TiO2和Fe3O4等。通过掺杂这些元素或者氧化物，能够降低g-C3N4的带隙能，大大提高其在可见光范围内的吸收强度。目前，一种CoFe2O4/g-C3N4磁性纳米复合材料及其制备方法专利(ZL201710004846.6)公开，在制备完g-C3N4后，将其与FeCl3·6H2O和CoCl2·4H2O混合一步合成CoFe2O4/g-C3N4，在这一步过程中灼烧温度为180℃。从其说明附图3(图1)可看出，只有明显的孔隙和片状结构，但没有完整未破损的立方结构，因此CoFe2O4可能尚未完全形成立方尖晶石结构，其CoFe2O4粒径大，比表面积小，催化效率不高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有的磁性纳米复合材料粒径大，比表面积小，催化效率不高的缺陷，提供了一种磁性纳米复合材料及其制备方法。根据本专利技术的一方面，提供一种磁性纳米复合材料制备方法，包括以下步骤：采用热聚合法制备g-C3N4；采用溶剂热法制备磁性CoFe2O4；将所述g-C3N4和所述磁性CoFe2O4混合，采用超声水热法制备CoFe2O4/g-C3N4磁性纳米复合材料；具体包括步骤：称取第一质量的所述g-C3N4和第二质量的所述磁性CoFe2O4，并加入到陶瓷坩埚内；将第一容量的乙醇和第二容量的超纯水加入到所述陶瓷坩埚内，超声第六时间；在第二水浴温度的水浴中连续搅拌加热，并进行蒸发得到第一混合物；将盛有所述第一混合物的陶瓷坩埚置于马弗炉中，以第三升温速度升温至第六温度，并在所述第六温度下灼烧第七时间，且冷却至室温得到第二混合物；将所述第二混合物用超纯水冲洗多次，并置于烘箱在第七温度下干燥第八时间，得到所述CoFe2O4/g-C3N4磁性纳米复合材料。优选地，所述采用热聚合法制备g-C3N4，具体包括步骤：将三聚氰胺加入到陶瓷坩埚内，放入马弗炉进行一次灼烧，设置所述一次灼烧的温度以第一升温速度升温至第一温度并灼烧第一时间；冷却得到烧结固体，并将所述烧结固体研磨第一研磨时间得到第一固体粉末；将所述第一固体粉末加入到陶瓷坩埚内，放入马弗炉进行二次灼烧，设置所述二次灼烧的温度以第二升温速度升温至第二温度并灼烧第二时间；冷却得到第二固体粉末，并将所述第二固体粉末研磨第二研磨时间得到所述g-C3N4。优选地，所述采用溶剂热法制备磁性CoFe2O4，具体包括步骤：取第一摩尔比的Co(NO3)2·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O溶于超纯水中，得到溶液A；取第一质量的C6H8O7·H2O溶于超纯水中，使得金属离子(Co2++Fe3+)/柠檬酸的摩尔比等于1.0，得到溶液B；在磁搅拌下，将所述溶液A逐滴加入到所述溶液B中得到第一混合溶液；将所述第一混合溶液在第一水浴温度的水浴中加热反应第三时间，得到第二混合溶液；将所述第二混合溶液放入烘箱内，以第四温度烘干第四时间得到凝胶；将所述凝胶在第五温度下灼烧第五时间，制得所述磁性CoFe2O4。优选地，所述第一升温速度为1-3℃/min，所述第一温度为500-600℃，所述第一时间为3.5-4.5h；所述第二升温速度为1-3℃/min，所述第二温度为450-550℃，所述第二时间为1.5-2.5h；所述第一研磨时间为15-20min，所述第二研磨时间为15-20min；所述第一摩尔比为1:1.8-1:2.2；所述第一水浴温度为55-65℃，所述第三时间为0.8-1.3h，所述第四温度为85-95℃，所述第四时间为22-26h；所述第五温度为280-520℃，所述第五时间3.5-4.5h。优选地，所述第二质量和所述第一质量的比例关系为0.08:1-0.45；所述第六时间为25-35min；所述第二水浴温度为75-85℃；所述第三升温速度为1.5-2.5℃/min，所述第六温度为250-350℃，所述第七时间为1.5-2.5h；所述第七温度为55-65℃，所述第八时间为22-26h。优选地，所述第一升温速度为2℃/min，所述第一温度为550℃，所述第一时间为4h；所述第二升温速度为2℃/min，所述第二温度为500℃，所述第二时间为2h；所述第一研磨时间为20min，所述第二研磨时间为20min；所述第一摩尔比为1:2；所述第一水浴温度为60℃，所述第三时间为1h，所述第四温度为90℃，所述第四时间为24h；所述第五温度为300℃、400℃或500℃，所述第五时间4h。优选地，所述第二质量和所述第一质量的比例关系为0.1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性纳米复合材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n采用热聚合法制备g-C3N4；/n采用溶剂热法制备磁性CoFe2O4；/n将所述g-C3N4和所述磁性CoFe2O4混合，采用超声水热法制备CoFe2O4/g-C3N4磁性纳米复合材料；具体包括步骤：/n称取第一质量的所述g-C3N4和第二质量的所述磁性CoFe2O4，并加入到陶瓷坩埚内；/n将第一容量的乙醇和第二容量的超纯水加入到所述陶瓷坩埚内，超声第六时间；/n在第二水浴温度的水浴中连续搅拌加热，并进行蒸发得到第一混合物；/n将盛有所述第一混合物的所述陶瓷坩埚置于马弗炉中，以第三升温速度升温至第六温度，并在所述第六温度下灼烧第七时间，且冷却至室温得到第二混合物；/n将所述第二混合物用超纯水冲洗多次，并置于烘箱在第七温度下干燥第八时间，得到所述CoFe2O4/g-C3N4磁性纳米复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种磁性纳米复合材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用热聚合法制备g-C3N4；
采用溶剂热法制备磁性CoFe2O4；
将所述g-C3N4和所述磁性CoFe2O4混合，采用超声水热法制备CoFe2O4/g-C3N4磁性纳米复合材料；具体包括步骤：
称取第一质量的所述g-C3N4和第二质量的所述磁性CoFe2O4，并加入到陶瓷坩埚内；
将第一容量的乙醇和第二容量的超纯水加入到所述陶瓷坩埚内，超声第六时间；
在第二水浴温度的水浴中连续搅拌加热，并进行蒸发得到第一混合物；
将盛有所述第一混合物的所述陶瓷坩埚置于马弗炉中，以第三升温速度升温至第六温度，并在所述第六温度下灼烧第七时间，且冷却至室温得到第二混合物；
将所述第二混合物用超纯水冲洗多次，并置于烘箱在第七温度下干燥第八时间，得到所述CoFe2O4/g-C3N4磁性纳米复合材料。


2.根据权利要求1所述的磁性纳米复合材料制备方法，其特征在于，所述采用热聚合法制备g-C3N4，具体包括步骤：
将三聚氰胺加入到陶瓷坩埚内，放入所述马弗炉进行一次灼烧，设置所述一次灼烧的温度以第一升温速度升温至第一温度并灼烧第一时间；
冷却得到烧结固体，并将所述烧结固体研磨第一研磨时间得到第一固体粉末；
将所述第一固体粉末加入到陶瓷坩埚内，放入马弗炉进行二次灼烧，设置所述二次灼烧的温度以第二升温速度升温至第二温度并灼烧第二时间；
冷却得到第二固体粉末，并将所述第二固体粉末研磨第二研磨时间得到所述g-C3N4。


3.根据权利要求2所述的磁性纳米复合材料制备方法，其特征在于，所述采用溶剂热法制备磁性CoFe2O4，具体包括步骤：
取第一摩尔比的Co(NO3)2·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O溶于超纯水中，得到溶液A；
取第一质量的C6H8O7·H2O溶于超纯水中，使得金属离子(Co2++Fe3+)/柠檬酸的摩尔比等于1.0，得到溶液B；
在磁搅拌下，将所述溶液A逐滴加入到所述溶液B中得到第一混合溶液；
将所述第一混合溶液在第一水浴温度的水浴中加热反应第三时间，得到第二混合溶液；
将所述第二混合溶液放入烘箱内，以第四温度烘干第四时间得到凝胶；
将所述凝胶在第五温度下灼烧第五时间，制得所述磁性CoFe2O4。


4.根据权利要求3所述的磁性纳米复合材料制备方法，其特征在于，
所述第一升温速度为1-3℃/min，所述第一温度为500-600℃，所述第一时间为3.5-4.5h；
所述第二升温速度为1-3℃/min，所述第二温度为4...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶虎春，邓丽平，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44