一种镱基氟化物多室纳米材料及其制备方法和应用

1.本发明属于染料废水吸附技术领域，具体涉及一种镱基氟化物多室纳米材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.难生物降解的染料废水，对人类和动植物生命健康安全以及生态系统都构成了巨大的危害，在处理生物难降解类污水的所有方法中，吸附法具有投资小、占地面积小、操作简单、能够去除废水中难生物降解的污染物等优势，在处理难生物降解污水过程中受到了广泛的关注。传统的吸附技术在实际应用中存在很多的缺陷，如吸附材料（吸附剂）用量多、成本昂贵、吸附速率低和吸附容量小等问题。为了解决这些难题，因此开发出吸附速率快和吸附容量大的吸附剂成为该技术领域发展方向。
3.公告号为cn113896220b的中国发明专利公开了一种氟化铈多孔纳米片调节的混合基质膜及其制备方法和应用，属于气体分离膜技术领域。其中，具体公开了一种氟化铈多孔纳米片，由氟-铈单原子层以及层间交替堆积的乙酸根排列而成，氟-铈单原子层由氟原子和铈原子以六元环蜂窝状形式排布；并且提供了一种由上述氟化铈多孔纳米片和高分子基质组成的氟化铈多孔纳米片调节的混合基质膜。另外，该发明还提供了氟化铈多孔纳米片的制备方法和氟化铈多孔纳米片调节混合基质膜的制备方法，制备方法操作简单。本发明通过氟化铈多孔纳米片填充高分子基质膜，应用于气体脱湿/加湿，优先渗透水蒸汽，并对水蒸汽有较高的分离性能。但是，该专利是一种二维纳米片材料，与镱基氟化物多室纳米材料的形态结构完全不同，也未公开其应用于对染料废水的吸附。


技术实现要素：

4.针对现有方法的不足，本发明提供一种镱基氟化物多室纳米材料及其制备方法和应用，实现染料废水中污染物快速高效的吸附去除。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术手段：
6.一种镱基氟化物多室纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
7.（1）将乙酸镱和水混合得到乙酸镱水溶液；
8.（2）将乙酸镨和水混合得到乙酸镨水溶液；
9.（3）在所述乙酸镱水溶液中添加乙酸镨水溶液，搅拌均匀，再滴加氟化钠溶液，室温水热反应；
10.（4）将步骤（3）反应所得混合溶液离心，取沉淀，然后洗涤，最后冷冻干燥，即得镱基氟化物多室纳米材料。
11.优选地，步骤（1）所述乙酸镱和水质量比为1:5~30。
12.优选地，步骤（2）所述乙酸镨和水质量比为1:5~30。
13.优选地，步骤（3）所述乙酸镱水溶液与乙酸镨水溶液体积比为1：1~10。
14.优选地，步骤（3）所述氟化钠溶液的浓度为0.5~5g/l，所述氟化钠溶液体积与乙酸
镱水溶液、乙酸镨水溶液的总体积比为0.1~2：1。
15.优选地，步骤（3）所述室温水热反应时间为12~24h。
16.优选地，步骤（4）所述冷冻干燥的温度为-60~-70℃，时间为12~14h。
17.一种由上述制备方法制备的镱基氟化物多室纳米材料。
18.优选地，所述纳米材料的直径为30~100nm，孔径为3~20nm。
19.一种由上述制备方法制备的镱基氟化物多室纳米材料在吸附染料废水污染物中的应用。
20.本发明的积极有益效果：
21.1. 本发明以乙酸镱和乙酸镨为原料，水为溶剂，氟化钠为氟源，通过室温水热合成反应，反应结束后，经过离心、洗涤和冷冻干燥后，得到镱基氟化镨多室纳米材料，制备方法简单，不需要任何其他的模板和表面活性剂，对环境友好，可大规模生产，适合用于染料废水中污染物的吸附去除。
22.2. 本发明所得镱基氟化物多室纳米材料直径30~100 nm和孔径3~20 nm，直径小，孔径大，存在很多缺陷，能够提供多个吸附位点，有效提升污染物与吸附剂之间的接触面积，可实现染料废水中污染物快速高效的吸附去除。
附图说明
23.图1为实施例1制备的镱基氟化镨多室纳米材料的扫描透射电子显微镜-高角暗场像。
24.图2为实施例1制备的镱基氟化镨多室纳米材料的高倍透射电子显微镜照片。
25.图3为实施例1制备的镱基氟化镨多室纳米材料对刚果红染料中污染物的吸附性能图。
26.图4为实施例2制备的镱基氟化镨多室纳米材料的高倍透射电子显微镜照片。
27.图5为实施例2制备的镱基氟化镨多室纳米材料对刚果红染料中污染物的吸附性能图。
28.图6为实施例3制备的镱基氟化镨多室纳米材料的高倍透射电子显微镜照片。
29.图7为实施例3制备的镱基氟化镨多室纳米材料对刚果红染料中污染物的吸附性能图。
具体实施方式
30.下面结合一些具体实施例对本发明进一步说明。
31.实施例1
32.一种镱基氟化物多室纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
33.（1）将乙酸镱和水按照质量比1:10混合均匀，得到乙酸镱水溶液；
34.（2）将乙酸镨和水按照质量比1:10混合均匀，得到乙酸镨水溶液；
35.（3）在步骤（1）所述的乙酸镱水溶液中，按照体积比1：1添加乙酸镨水溶液，搅拌30 min后，滴加浓度为1 g/l的氟化钠溶液，氟化钠溶液体积与乙酸镱水溶液、乙酸镨水溶液的总体积比为0.1：1，再搅拌12 h；
36.（4）将步骤（3）反应所得混合溶液离心，取沉淀，用乙醇洗涤，最终在-60℃的条件
下冷冻干燥12 h，即得镱基氟化镨多室纳米材料。
37.图1和图2分别为所获得产物的高角暗场和高倍透射电子显微照片，可以看到镱基氟化镨多室纳米材料存在大量的空腔，该材料的直径为50 nm，孔径为5-15 nm。
38.本实例制备的镱基氟化镨多室纳米材料对含刚果红染料废水进行吸附研究，具体实验条件如下：染料废水的体积为10ml，浓度为200mg/l，ph为7.00时，所需镱基氟化镨多室纳米材料的质量为0.01g。
39.吸附研究结果如图3所示，该样品可在10min的时间内去除80.05%的刚果红染料，吸附量高达1600mg/g。
40.实施例2
41.一种镱基氟化物多室纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
42.（1）将乙酸镱和水按照质量比1:30混合均匀，得到乙酸镱水溶液；
43.（2）将乙酸镨和水按照质量比1:5混合均匀，得到乙酸镨水溶液；
44.（3）在步骤（1）所述的乙酸镱水溶液中，按照体积比1：3添加乙酸镨水溶液，搅拌30 min后，滴加浓度为0.5 g/l的氟化钠溶液，氟化钠溶液体积与乙酸镱水溶液、乙酸镨水溶液的总体积比为2：1，再搅拌12 h；
45.（4）将步骤（3）反应所得混合溶液离心，取沉淀，用乙醇洗涤，最后在-70℃的条件下冷冻干燥12 h，即得镱基氟化镨多室纳米材料。
46.图4为所获得产物的高倍透射电子显微照片，可以看到镱基氟化镨多室纳米材料存在大量的空腔，该材料的直径为50 nm，孔径为4-10 nm。
47.本实例制备的镱基氟化镨多室纳米材料对刚果红进行吸附研究，具体实验条件如下：染料废水的体积为20ml，浓度为100mg/l，ph为7.00时，所需镱基氟化镨多室纳米材料的质量为0.01g。
48.吸附研究结果如图5所示，该样品可在2min的时间内去除87.5%的刚果红染料，吸附量高达1750mg/g。
49.实施例3
50.一种镱基氟化物多室纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
51.（1）将乙酸镱和水按照质量比1:5混合均匀，得到乙酸镱水溶液；
52.（2）将乙酸镨和水按照质量比1:30混合均匀，得到乙酸镨水溶液；
53.（3）在步骤（1）所述的乙酸镱水溶液中，按照体积比1：10添加乙酸镨水溶液，搅拌15min后，滴加浓度为3 g/l的氟化钠溶液，氟化钠溶液体积与乙酸镱水溶液、乙酸镨水溶液的总体积比为1：1，再搅拌12 h；
54.（4）将步骤（3）反应所得混合溶液离心，取沉淀，用乙醇洗涤，最后在-60℃的条件下冷冻干燥14 h，即得镱基氟化镨多室纳米材料。
55.图6为所获得产物的高倍透射电子显微照片，可以看到镱基氟化镨多室纳米材料存在大量的空腔，该材料的直径为80 nm，孔径为8-13 nm。
56.本实例制备的镱基氟化镨多室纳米材料对刚果红进行吸附研究，具体实验条件如下：染料废水的体积为10 ml，浓度为400 mg/l，ph为7.00时，所需镱基氟化镨多室纳米材料的质量为0.01 g。
57.吸附研究结果如图7所示，该样品可在80 min的时间内去除89.1%的刚果红染料，
吸附量高达3564 mg/g。
58.实施例4
59.一种镱基氟化物多室纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
60.（1）将乙酸镱和水按照质量比1:5混合均匀，得到乙酸镱水溶液；
61.（2）将乙酸镨和水按照质量比1:10混合均匀，得到乙酸镨水溶液；
62.（3）在步骤（1）所述的乙酸镱水溶液中，按照体积比1：3添加乙酸镨水溶液，搅拌15 min后，滴加浓度为5 g/l的氟化钠溶液，氟化钠溶液体积与乙酸镱水溶液、乙酸镨水溶液的总体积比为0.5：1，再搅拌24 h；
63.（4）将步骤（3）反应所得混合溶液离心，取沉淀，用乙醇洗涤，最后在-60℃的条件下冷冻干燥12 h，即得镱基氟化镨多室纳米材料。
64.本实例制备的镱基氟化镨多室纳米材料对刚果红进行吸附研究，具体实验条件如下：染料废水的体积为20 ml，浓度为200 mg/l，ph为7.00时，所需镱基氟化镨多室纳米材料的质量为0.02 g。
65.吸附研究结果显示，该样品可在15 min的时间内去除95.5%的刚果红染料，吸附量高达1910 mg/g。
66.实施例5
67.一种镱基氟化物多室纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
68.（1）将乙酸镱和水按照质量比1:20混合均匀，得到乙酸镱水溶液；
69.（2）将乙酸镨和水按照质量比1:20混合均匀，得到乙酸镨水溶液；
70.（3）在步骤（1）所述的乙酸镱水溶液中，按照体积比1：5添加乙酸镨水溶液，搅拌15 min后，滴加浓度为2.5 g/l的氟化钠溶液，氟化钠溶液体积与乙酸镱水溶液、乙酸镨水溶液的总体积比为1：1，再搅拌12 h；
71.（4）将步骤（3）反应所得混合溶液离心，取沉淀，用乙醇洗涤，最后在-70℃的条件下冷冻干燥14 h，即得镱基氟化镨多室纳米材料。
72.本实例制备的镱基氟化镨多室纳米材料对刚果红进行吸附研究，具体实验条件如下：染料废水的体积为40 ml，浓度为100 mg/l，ph为7.00时，所需镱基氟化镨多室纳米材料的质量为0.01 g。
73.吸附研究结果显示，该样品可在40 min的时间内去除86 %的刚果红染料，吸附量高达3440 mg/g。
74.实施例6
75.一种由上述实施例1-5任一项所述的制备方法制备的镱基氟化物多室纳米材料。
76.进一步地，纳米材料的直径为30~100nm，孔径为3~20nm。
77.实施例7
78.一种由上述实施例1-5任一项所述的制备方法制备的镱基氟化物多室纳米材料在吸附染料废水污染物中的应用。
79.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种镱基氟化物多室纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将乙酸镱和水混合得到乙酸镱水溶液；（2）将乙酸镨和水混合得到乙酸镨水溶液；（3）在所述乙酸镱水溶液中添加乙酸镨水溶液，搅拌均匀，再滴加氟化钠溶液，室温水热反应；（4）将步骤（3）反应所得混合溶液离心，取沉淀，然后洗涤，最后冷冻干燥，即得镱基氟化物多室纳米材料。2.根据权利要求1所述的镱基氟化物多室纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述乙酸镱和水质量比为1:5~30。3.根据权利要求1所述的镱基氟化物多室纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述乙酸镨和水质量比为1:5~30。4.根据权利要求1所述的镱基氟化物多室纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述乙酸镱水溶液与乙酸镨水溶液体积比为1：1~10。5.根据权利要求1所述的镱基氟化物多室纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述氟化钠溶液的浓度为0.5~5g/l，所述氟化钠溶液体积与乙酸镱水溶液、乙酸镨水溶液的总体积比为0.1~2：1。6.根据权利要求1所述的镱基氟化物多室纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述室温水热反应时间为12~24h。7.根据权利要求1所述的镱基氟化物多室纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述冷冻干燥的温度为-60~-70℃，时间为12~14h。8.一种由权利要求1-7任一项所述的制备方法制备的镱基氟化物多室纳米材料。9.根据权利要求8所述的镱基氟化物多室纳米材料，其特征在于，所述多室纳米材料的直径为30~100nm，孔径为3~20nm。10.一种由权利要求1-7任一项所述的制备方法制备的镱基氟化物多室纳米材料在吸附染料废水污染物中的应用。

技术总结
本发明属于染料废水吸附技术领域，具体涉及一种镱基氟化物多室纳米材料及其制备方法和应用。所述镱基氟化物多室纳米材料的制备方法包括如下步骤：（1）将乙酸镱和水混合得到乙酸镱水溶液；（2）将乙酸镨和水混合得到乙酸镨水溶液；（3）在所述乙酸镱水溶液中添加乙酸镨水溶液，搅拌均匀，再滴加氟化钠溶液，室温水热反应；（4）将步骤（3）反应所得混合溶液离心，取沉淀，然后洗涤，最后冷冻干燥，即得镱基氟化物多室纳米材料。本发明镱基氟化物多室纳米材料直径小，孔径大，存在很多缺陷，能够提供多个吸附位点，有效提升污染物与吸附剂之间的接触面积，可实现染料废水中污染物快速高效的吸附去除。除。除。


技术研发人员：张磊涛 李军波 朱锐
受保护的技术使用者：河南科技大学
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/8/31