四氧化三铁（精选十篇）
四氧化三铁 篇1
1 球磨法[1]
可分为普通球磨法和高能球磨法两类。普通球磨法是指在球磨机中, 将粒度为几十微米的Fe3O4粗颗粒通过钢球之间或钢球与研磨罐内壁之间的撞击, 将其破碎成细颗粒。高能球磨法是利用高能球磨机对原料进行机械合金化, 把原料合成纳米尖晶石型铁氧体。球磨法产物晶粒尺寸不均匀, 易引入杂质。
2 沉淀法[2~3]
沉淀法是通过加入适当的沉淀剂使铁盐的有效成份生成沉淀得到Fe3O4的方法。主要包括共沉淀法[2]和超声沉淀法[3]。共沉淀法是指把含一定配比Fe2+和Fe3+的硅酸盐或氯化物溶液, 用过量的碱溶液高速搅拌进行沉淀反应, 制得纳米Fe3O4微粒。该方法制备的Fe3O4纳米粒子易产生团聚。超声沉淀法是用超声波所产生“超声波气泡”, 爆炸后释放出的巨大能量将产生局部的高温高压环境和具有强烈冲击的微射流, 以实现液相均匀混合, 消除局部浓度不均, 提高反应速度, 刺激新相的生成。另外, 强烈的微射流还可对团聚起到剪切的作用, 打碎团聚, 有利于小颗粒生成。
3 微乳液法[4]
由表面活性剂、油相、水相及助溶剂等在适当比例下形成油包水 (W/O) 或水包油 (O/W) 型微乳液, 化学反应被限制在微乳液的水核 (微型反应器) 内部, 有效避免颗粒之间发生团聚。用微乳液法制备的纳米磁性Fe3O4粒径均匀、粒径较小、分散性好且多为球形。但耗用大量乳化剂、产率低, 因此价格昂贵, 不适于大量生产。
4 水热法/溶剂热[5]
水热法/溶剂热法是在特制的密闭反应容器 (高压釜) 里, 采用水溶液 (或有机溶剂) 为反应介质, 通过对反应容器加热, 创造一个高温、高压的反应环境, 使得通常难溶或不溶的物质溶解、反应并重结晶, 从而得到Fe3O4, 再经分离和热处理得到纳米粒子。该方法具有原料易得、粒子纯度高、分散性好、晶形好且可控及成本相对较低等优点而被广泛使用。
5 水解法[6]
可分为Massart水解法和滴定水解法两类。Massart水解法是指将摩尔比为1∶2的Fe2+与Fe3+混合溶液直接加入到强碱性的水溶液中形成Fe3O4。该方法制备的Fe3O4粒子形态各异、粒径分布较宽。滴定水解法是将稀碱溶液滴加到摩尔比为1∶2的Fe2+与Fe3+混合溶液中, 使铁盐溶液p H值达到6~7后水解生成Fe3O4。该方法制备Fe3O4纳米粒子主要为球形结构, 粒子大小均匀。
6 氧化法[7]
氧化法是制备超细Fe3O4的最常用方法, 是将一定浓度的铁盐及碱液, 经混合沉淀生成Fe (OH) 2, 恒温下通空气搅拌, 将Fe (OH) 2中Fe2+部分氧化成Fe3+而直接获得Fe3O4微粉, 但合成的Fe3O4粒度均匀性还有待于进一步解决。
7 高温分解法[8]
高温分解铁有机物法是将铁的前驱体 (如Fe (CO) 5, Fe (Cu P) 3等) 高温分解产生铁原子生成铁纳米颗粒, 将铁纳米颗粒控制氧化得到氧化铁。这种方法制得的纳米颗粒结晶度高、粒径可控且分布很窄。
8 溶胶-凝胶法[9]
利用金属醇盐水解和聚合反应制备金属氧化物或金属氢氧化物的均匀溶胶, 再浓缩成透明凝胶, 经干燥、热处理得到氧化物超微粉。该方法可在低温下制备纯度高、粒径均匀、化学活性大的单组分或多组分分子级混合物, 以及可制备传统方法不能或难以制得的产物等优点, 而使其得到了广泛的应用。但前驱体的金属醇盐毒性大、对痕量的水分敏感且价格昂贵。
9 结语
Fe3O4特殊的晶体结构和独特的磁性与电学性质为其确立了科研和工业应用的良好基础, 有关Fe3O4纳米材料制备、结构、性质及应用的研究成为材料科学领域的研究热点。科技进步和社会发展要求更适合时代要求的规模化制备方法, 将一直是科研工作者的研究课题。
参考文献
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四氧化三铁 篇2
硬质阳极氧化电解方法很多，例如：硫酸、草酸、丙二醇、磺基水杨酸及其它的无机盐和有机酸等。所用电源可分为直流、交流，交直流叠加，脉冲及叠加脉冲电源等几种，目前广泛应用的有下列几种硬质阳极氧化。
（1）硫酸硬质阳极氧化法；
（2）草酸硬质阳极氧化法。
（3）混酸型硬质阳极氧化
其中，硫酸法是目前得到较广泛应用的一种硬质氧化法。
硬质阳极氧化原理
单纯硫酸型铝合金硬质阳极氧化原理和普通阳极氧化没有本质区别，如果是混酸型硬质氧化则存在一些附反应。反应本质
1 阴极反应：
4H2+4e=2H2↑
2 阳极反应：
4OH－－4e=2H2O+2O↑
3 铝氧化：阳极上析出的氧呈原子状态,比分子状态的氧更为活泼，更易与铝起反应： 2A1+3O→A12O3
4 氧化于阳极膜溶解的动平衡： 氧化膜随着通电时间的增加，电流增大而促使氧化膜增厚。与此同时，由于（Al2O3）的化学性质有两重性，即它在酸性溶液中呈碱性氧化物，在碱性溶液中呈酸性氧化物。无疑在硫酸溶液中氧化膜液发生溶解，只有氧化膜的生成速度大于它的溶解速度，氧化膜才有可能增厚，当溶解速度与生成速度相等时，氧化膜不再增厚。当氧化速度过分大于溶解速度时，铝和铝合金制件表面易生成带粉状的氧化膜。 硬质阳极氧化法工艺要求
为了得到质量较好的硬质阳极氧化膜，并能保证零件所需要尺寸，必须按下列要求来进行加工。
2.1 锐角倒圆
被加工零件不允许有锐角、毛刺以及其它各种尖锐的有棱角的地方因为硬质氧化，一般阳极氧化时间均是很长的，而且氧化过程（A1+O2→A12O3+ Q ）本身就是一个放热反应。又由于一般零件棱角的地方往往又是电流较为集中的部位所以这些部位最易引起零件的局部过热，使零件被烧伤。因此铝和铝合金所有棱角均应进行倒角处理，并且倒角y圆半径不
应小于0.5毫米。
2.2 表面光洁度
硬质阳极氧化后，零件表面的光洁度是有所改变的，对于较粗糙的表面来说，经此处理后可以显得比原来平整一些，而对于原始光洁度较高的零件来说，往往经过此种处理后，显示的表面光洁光亮度反而有所降低，降低的幅度在1～2级左右。
2.3 零件尺寸的余量
因硬质氧化膜的厚度较高，所以如需要进一步加工的铝零件或以后需要装配的零件，应事先留有一定的加工余量，及指定装夹部位。
因硬质阳极氧化时，要改变零件尺寸，故在机械加工时，要事先预测，氧化膜的可能厚度和尺寸公差，而后在确定阳极氧化前的零件实际尺寸，以便处理后，符合规定的公差范围。 一般来说，零件增加的尺寸大致为生成氧化膜厚度的一半左右。
2.4 专用夹具
因硬质阳极氧化的零件在氧化过程中，要承受很高的电压和较高的电流，一定要使夹具和零件能保持极良好的接触，否则将因接触不良而造成击穿或烧伤零件接触部位的毛病。所以要求对不同形状的零件，以及零件氧化后的具体要求来设计和制造专用夹具。
2.5 局部保护
如在同一个零件上，既有普通阳极氧化又要有硬质阳极氧化的部位因根据零件的光洁度和精密度来安排具体工序。通常首先进行普通的阳极氧化，在进行硬质阳极氧化，把不需要进行硬质阳极氧化的表面加以绝缘，绝缘的方法有用喷枪或毛刷，将以配制好硝基胶或过氢乙烯胶涂抹于不需要处理的表面，绝缘层要涂的薄而均匀，每涂一层应在低温下干燥30～60分钟共涂2～4层即可。
3 硬质氧化工艺特点
硬质阳极氧化的电解液时在-10℃～+5℃左右的.温度下电解 。由于硬质阳极氧化所生成的氧化膜层具有较高的电阻，会直接影响到电流强度的氧化作用。为了取得较厚的氧化膜，势必要增加外电压，其目的是为了消除电阻大的影响，而使电流密度保持一定，但电流较大时会产生激烈的发热现象，加上生成氧化膜时会放出大量的热量，使零件周围电解液温度剧烈上升，温度上升将会加速氧化膜的溶解，使氧化膜无法变厚。另外，发热现象在膜层与金属的接触处最严重，如不及时解决，加工零件的局部表面会因温度上升而被烧坏。
解决办法，就是采用冷却设备和搅拌相结合。冷却设备使电解液强行降温，搅拌是为了使整槽电解液温度均匀，以利于获得较高质量的硬质氧化膜。
4. 各种因素对氧化膜硬度和生长速度的影响
铝和铝合金表面上能否生成优质的硬质氧化膜层，主要取决于电解液的成份浓度，温度，电流密度，及其原材料的成分。
4.1 电解液的浓度
采用硫酸电解液进行硬质阳极氧化时，一般在10%～30%浓度范围内，浓度低时，氧化膜硬度高，特别是纯铝比较明显，但对铜含量较高的铝合金（CY12）例外。因为含铜量较高的铝合金易生成CuAl2的化合物，这种化合物在氧化时溶解速度较快，极易烧毁铝零件。所以一般不适合用低浓度的硫酸电解液，必须在高浓度（H2SO4在 300～400g/L）中进行氧化处理或采用交直流电叠加法处理。
4.2 温度对膜层的影响
电解液温度对氧化膜的耐磨性影响极大，一般来说，如果温度下降，那么铝和铝合金的阳极氧化膜耐磨性能就增高，这是由于电解液对于膜的溶解速度下降所造成的，为了获得较高硬度的氧化膜。我们要掌握温度在±2℃范围内进行硬质阳极氧化处理为好。
二氧化碳和二氧化硫的鉴别方法 篇3
1.闻气味法
SO2有刺激性气味，而CO2无刺激性气味，因此使用闻气味法可鉴别该两种气体。但是由于SO2有毒，此方法一般不使用。
2.品红溶液法
将两种气体分别通入品红溶液中时，由于SO2的漂白作用，它可使品红溶液退色，而CO2却无此性质。
3.高锰酸钾（或溴水）法
将两种气体分别通入酸性KMnO4溶液（或溴水）中，能使KMnO4溶液（或溴水）褪色的是气体为SO2，不能使之褪色的是CO2，其发生的化学方反应为2KMnO4+5SO2+2H2O=K2SO4+2MnSO4+2H2SO4（或SO2+Br2+2H2O=H2SO4+2HBr）。
4.氢硫酸法
气体SO2可与氢硫酸发生化学反应2H2S+SO2=3S↓+2H2O，因此若将两种气体分别通入氢硫酸中，SO2会使得溶液出现黄色浑浊的沉淀，无明显现象的是CO2。
5.硝酸钡法
将气体分别通入Ba（NO3）2溶液中，出现淡黄色浑浊的是SO2，无明显现象的是CO2，离子方程式为3Ba2++3SO2+2NO3-+2H2O=3BaSO4↓+2NO+4H+
例：下列能证明CO2气体中混有SO2的是（ ）
①通入足量的NaOH溶液中再滴加BaCl2溶液有白色沉淀生成，该沉淀能溶于盐酸
②能使品红溶液褪色
③能使澄清的石灰水变浑浊
④通入溴水中能使溴水褪色，再加入Ba（NO3）2溶液有白色沉淀生成
⑤能使湿润的蓝色石蕊试纸变红。
A.都能证明 B.只有②能证明
C.②④能证明 D.都不能证明
解析：SO2和CO2都是酸性氧化物，遇到水后分别生成H2SO3和H2CO3，故湿润的蓝色石蕊试纸不能证明。而澄清的石灰水也不能证明，因为两种气体均能与Ca（OH）2反应生成不溶的CaSO3和CaCO3。SO2可使品红溶液褪色，而CO2不可，因此选项②可以。SO2、CO2与NaOH反应后的溶液再加BaCl2均会生成溶于盐酸的白色沉淀。SO2能使溴水褪色，CO2则不能，故②和④符合题意。
纳米四氧化三铁颗粒的表面改性研究 篇4
在纳米技术高速发展的同时,有关金属纳米颗粒,特别是磁性金属纳米颗粒的制备方法和它的性能研究也受到了极大的重视。并且,磁性金属纳米颗粒不仅具备特有的高催化活性,其在多种有机溶剂中的高化学稳定性也得到了广泛关注。其实,Fe3O4及其纳米级材料在工业领域一直扮演着十分重要的角色,特别是在纳米级别,磁性纳米材料特有的量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应得到了体现。宏观量子隧道效应是指微观粒子在总能量小于势垒高度的情况下,粒子仍能穿越它的现象。磁学方面,当Fe3O4的尺寸为16nm时,由于热运动的作用,它的磁化趋势不会在一个易磁化的方向固定,而是始终做无规律的变化,此外,如果Fe3O4的尺寸继续缩小,它会表现出很高的超顺磁性。在生物医学工程、工业技术延展到环境治理等应用领域内,Fe3O4及其纳米级材料也得到的广泛的关注。
2. 纳米Fe3O4微粒的制备
Wang L等人利用以上原料合成出分散性较好、不团聚、平均粒径介于15nm至50nm之间的纳米Fe3O4微粒。本文仿照该方法合成纳米Fe3O4微粒。
3. 表面改性实验
接下来使用某原子层沉积设备,对上文所述样品进行表面改性试验。
(1)不同脉冲时间的表面改性工作
由于原子层沉积反应的自限制性,脉冲时间梯度设置为30s、60s、90s、120s、160s、200s。这时我们注意,选取的循环次数均为10cycles,最后通过成分分析测试确定合适的脉冲时间,其工艺如下:①抽真空并加热;②恢复气压;③重复①;④调节前驱体脉冲1(去离子水);⑤调节前驱体脉冲2(TMA);⑥编写工艺流程;⑦程序执行完毕,重复②,取出样品则实验完成。
反应的化学方程式如下:
半反应方程式如下:
(2)不同循环次数的表面改性工作
由于纳米Fe3O4颗粒在空气中易被氧化,采用Al2O3包覆会提高其稳定性,但当包覆层数高于某个临界值时,纳米Fe3O4颗粒的顺磁性会大幅衰弱,失去使用价值。为了保证纳米Fe3O4颗粒在常态中的稳定性,同时尽量减少磁性的减弱,计划通过不同循环层数的表面改性工作,具体循环梯度设置为10、20、30,为了确保脉冲时间足够,我们选取200s作为脉冲时间,最后通过热重测试、磁性测试确定合适的循环层数,其工艺类似3.1。
反应的化学方程式,半反应方程式同3.1。
4. Al2O3/Fe3O4的性能研究
(1)质量分数的表征及分析
采用ICP对样品进行质量分数表征。结果如图1所示。可以看到,随着脉冲时间的变化,Al的百分含量不断增加,但增长率不断降低,在脉冲时间约为120s时,Al的百分含量不再增长并稳定在约8.5%左右。
根据原子层沉积技术的自限制性,随着脉冲时间的逐渐增加,包覆的Al2O3所占被包覆粒子表面积越大,其Al含量越高。但在脉冲时间较短时,被包覆粒子表面很容易吸附前驱体,故Al含量增长速率较;在脉冲时间较大时,被包覆粒子表面已经被较多的前驱体包覆,前驱体的吸附速度变慢,故Al含量增长速率变慢,当脉冲时间达到一定值时,被包覆粒子表面已经被前驱体全部吸附,故Al的含量趋于饱和,不再增长。
(2)热重分析的表征及分析
采用了同步热分析仪对样品进行抗氧化性表征。从图2我们可以看到,对单一样品而言,在空气的氛围中,随着温度的上升,样品的质量在不断增加;对不同包覆层数的样品而言,相同温度下,包覆层数越多,其质量上升得越慢。
我们通过原子层沉积反应,在磁性纳米Fe3O4颗粒周围包覆了Al2O3。由于纳米Fe3O4颗粒容易被氧化,而温度上升,其氧化反应会加剧,故质量会增加。当包覆的Al2O3厚度增加,Fe3O4与空气的隔离越好,故层数越厚,其抗氧化性自然随之增强。
(3)磁性的表征及分析
采用振动样品磁强计对样品磁性进行表征。从磁滞回线图我们可以看到,对某一个样品,磁场强度从M=0开始,其磁化强度随着磁场强度的增强而增强,但增长率下降,最后磁化强度趋于饱和;这时磁场强度开始减小,磁化强度也随之减小,并逐渐为负并趋于饱和;再增加磁场强度,磁化强度又开始增强。对不同的样品而言,其饱和磁化强度随包覆层数的的增加而减少。
对顺磁性物体而言,由于不存在磁滞现象,故不能形成闭合的磁滞回线。本实验得到的样品其磁滞回线包围面积很小,其磁滞现象几乎可以忽略,故存在一定的顺磁性。对不同包覆层数的样品而言,随着包覆层数增加,其磁性会逐渐减弱,故饱和磁化强度也会随之减弱。
5. 结论
采用水热法进行纳米Fe3O4微粒的合成;采用ALD手段进行纳米Fe3O4微粒的表面改性。在不同脉冲时间的表面改性工作中,我们发现0s、30s、60s、120s、160s对应样品中Al的含量呈稳定增长并在接近120s时达到饱和,这充分验证了ALD反应自限制性,并为后续的包覆实验提供了依据。在不同循环次数的表面改性工作中,我们发现,当循环次数达到10时,纳米Fe3O4颗粒的热重性能得到较大的改善;当循环次数达到10时,纳米Fe3O4颗粒的磁性衰减相对不明显。故确定对于粒径约为40nm至50nm的纳米Fe3O4颗粒,包覆层数为10能实现较好的性能改善。
摘要：随着纳米技术的不断发展,有关磁性纳米颗粒的研究愈来愈受到重视。纳米Fe3O4颗粒由于独特的磁学和电学性质,具备相当的研究价值。本文选用水热法进行制备纳米Fe3O4颗粒。随后,采用粉体原子层沉积设备进行表面改性试验。改性包括两组实验,实验一采用控制变量法对脉冲时间进行研究,通过ICP检测发现,当脉冲时间达到120s时,样品中Al的质量分数趋近饱和,从而确定120s及以上是合适的脉冲时间;实验二采用控制变量法对循环次数进行研究,通过热重和VSM实验发现,当循环次数为10cycles,样品的抗氧化性较强,同时其磁性衰减也较少。
关键词：磁性纳米颗粒,水热法,原子层沉积,抗氧化性,磁性
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二氧化碳一氧化碳教学反思 篇5
二氧化碳、一氧化碳气体学生并不陌生。在生活中，学生虽然对二氧化碳、一氧化碳有一些了解，但都是零散的、初步的。本节课教学，帮助学生将所学知识系统化、网络化，并与前面化学物质的学习联系起来，初步形成知识结构;同时，完善学生对二氧化碳在自然界、在生命活动中作用的认识，完善一氧化碳在生活、生产中作用的认识。
本节教材的特点是实验较多，联系生活和生产实际的内容也较多，教学设计以化学性质为中心，密切联系生活实际，从实验着手，通过新旧知识联系、对比，结合性质与用途，使性质、用途紧密联系。一氧化碳还原性教学难点的.突破，从比较一氧化碳和二氧化碳的分子组成差异入手，结合氧化还原反应中得氧与失氧分析，使学生认识由于在它们的每一个分子中相差一个氧原子，使它们的性质大不相同，一氧化碳还可夺取氧，具有还原性。并通过实验来论证自己的分析。
本节课以录像“屠狗妖之谜”和身边的事例引出，激发了学生好奇心和探究欲望。教学中实验贯穿始终，问题的设计，为学生的学习创设了一个宽松、开放、自我、探究的学习空间，让学生主动参与学习中，发表自己的见解和生活中自己知道但无法解释的有关现象，使学生思维的敏捷性得到释放，思维的深度和广度得到发展，同时，也激发了学生的探究意识和探究精神。
水果氧化实验 篇6
实验材料：苹果、香蕉、梨各一个；碗、盐、醋、饮用水、小刀。
实验方法：把苹果、香蕉、梨分别切成4等份，将每种水果的4等份分别实施以下4种处理方法。A.将水果自然曝露在空气中，不做任何处理；B.将水果浸泡在盐水里，然后拿出，曝露在空气中；C.将水果浸泡在醋水里，然后拿出，同样曝露在空气中；D.将水果浸泡在饮用水中。
实验过程：在实验开始后的5分钟、30分钟、2小时、5小时，分别记录下每组水果的氧化情况。
实验结果：通过实验可以得出：苹果和梨的氧化程度要大于香蕉的氧化程度；浸泡在水中和浸泡过盐水的水果抗氧化效果较好，醋对抗氧化无作用。
结论：
果蔬在加工过程中颜色的变化主要是由于两类化学变化——酶褐变和非酶褐变所引起的。在本次实验中，水果的氧化主要是酶褐变。植物细胞中的酚类物质在酚酶的作用下，与空气中的氧化合，产生大量的醌类物质；新生的醌类物质能使植物细胞迅速变成褐色。果实中含有的单宁物质、绿原酸、酪氨酸等是氧化酶起作用的基质，氧化后生成的有色物质产生褐变，影响果蔬的外观和风味，并破坏维生素C和胡萝卜素等营养物质。实验中浸泡过食盐溶液的水果都能有效地防止或减缓氧化，这是因为食盐能减少水中溶解的氧，从而抑制氧化酶的活性；而且食盐还有高渗透压的作用，能使酶细胞脱水而失去活性。而浸泡在水中的水果虽然抗氧化效果没有浸泡过盐水的好，但把水果浸泡在水中能与外界氧气隔绝，抑制氧化酶的活性，也可防止酶褐变。但由于水中含有溶解的氧气，所以时间长了水果还是会被氧化。
从本次实验中，我得出了防止水果氧化的最佳方法：将水果浸泡在盐水中几分钟，然后取出水果。
（指导老师谭启德）
四氧化三铁 篇7
关键词：碳包覆四氧化三铁,非均相类芬顿,过氧化氢,酸性橙
芬顿法因其具有反应设备简单、效率高、无选择性、环境友好和经济性等特点而被广泛应用于污水处理中[1]。均相芬顿反应需要外加的亚铁离子,因此亚铁离子容易流失造成二次污染。而非均相类芬顿法将铁盐或亚铁盐通过特定方式固定在载体上制成了催化剂,固定相催化剂减少了催化剂的流失和二次污染,文献报道[2,3,4,5]非均相类芬顿法同样具有较高的处理效率,催化剂可以重复使用,降低了处理成本。碳包覆四氧化三铁( C@ Fe3O4) 是一种具有磁性的碳材料,被用于催化剂、锂离子电池负极材料及生物医药等领域[6,7,8],很少被报道作为非均相类芬顿反应催化剂应用到废水降解中。C@ Fe3O4中包含铁等活性物种,将其作为催化剂便于磁性分离重复使用,本文对C@ Fe3O4类芬顿降解酸性橙进行了研究,探讨了不同催化条件对酸性橙降解的影响。
1实验部分
1.1仪器和试剂
所用试剂30% 过氧化氢、无水乙醇、丙酮、二茂铁均为分析纯,购自国药集团化学试剂公司。
射线粉末衍射仪( Bruker - D8X) ,德国布鲁克公司; 透射电子显微镜( Tecnai G220) ,荷兰FEI公司; 紫外 - 可见分光光度计( UV1800) ,日本岛津; 管式炉( GSL - 1100X) ,合肥科晶材料公司。
1.2实验方法
1.2.1磁性碳材料C@Fe3O4的制备
参考文献方法合成[6]。首先称取0. 3 g二茂铁溶解至20 ~ 40 m L丙酮溶液中,再加入0. 5 m L H2O2,搅拌1 h溶液至透明。然后将反应溶液装入聚四氟乙烯反应釜中,在210 ℃ 温度下反应24 h,再将所得反应物抽滤水洗,于60 ℃ 真空干燥。 最后将所得 黑色固体 于450 ℃ N2氛围下煅 烧12 h,得到C@ Fe3O4材料。
1.2.2材料表征
采用X射线粉末衍射仪( XRD) 对材料进行表征,X射线扫描范围为10° ~ 80°。采用Tecnai G20型透射电子显微镜( TEM) 对材料的形貌进行检测,测试工作电压为200 k V。
1.2.3非均相类芬顿降解酸性橙的实验方法
以1. 0 × 10- 4mol / L的酸性橙模拟污染物,设定体系体积为100 m L,初始H2O2浓度为3. 5 × 10- 3mol / L,p H未指明情况下为3,催化剂用量未指明情况下为0. 4 g/L。为防止磁力搅拌对催化剂的磁性吸引作用,实验全部采用机械搅拌器进行搅拌。反应过程中,每隔一定时间进行取样检测,酸性橙在484 nm处具有最大吸收波长,用紫外可见分光光度计测定最大吸收波长下吸光度,并根据标准曲线的绘制得出酸性橙浓度,最后计算得到酸性降解去除率。
2结果与讨论
2.1催化剂表征
图1是C@ Fe3O4的X射线衍射图谱。从图1中可以看到明显的衍射峰,与标准卡片对比可以得到衍射数据与PDF卡片 ( 88 - 0315) 的四氧化 三铁衍射 数据一致。其衍射角2θ = 18. 33°,30. 16°,35. 52°,43. 17°,57. 10° 和62. 70°,分别对应于四氧化三铁的( 111) ,( 220) ,( 311) ,( 400) ,( 511) 和 ( 440) 晶面。推断出材料中Fe主要以Fe3O4的形式存在。
图2是C@ Fe3O4的透射电镜图,从图2中可以看出C@ Fe3O4具有薄碳层的核壳结构。内部核心由若干直径5 nm左右大小的纳米颗粒组成,结合XRD数据的结果可推断为Fe3O4纳米粒子。Fe3O4纳米粒子外部包裹一层薄碳层,形成直径10 nm左右的碳包覆Fe3O4纳米粒子。这些纳米粒子再互相交联,被外部薄碳层包覆,形成直径100 ~ 300 nm的碳包覆Fe3O4结构。
2.2不同催化条件对酸性橙芬顿降解的影响
2.2.1不同工艺对酸性橙降解效果影响
参照1. 2. 3方法设定 实验方案,设置仅加 入催化剂 无H2O2、仅加入H2O2无催化剂和既有催化剂又有H2O2三组实验。研究C@ Fe3O4吸附、单独H2O2氧化和C@ Fe3O4非均相类芬顿法三种工艺对酸性橙的去除效果,如图3所示。从图3中可以看出,C@ Fe3O4对酸性橙吸附效果不理想,实验吸附60 min去除率不到5% ,即使延长吸附时间到120 min对酸性橙的去除效果也很微不足道。单独H2O2氧化对酸性橙具有一定的效果,反应120 min对酸性橙去除率达55% 。C@ Fe3O4非均相类芬顿工艺对酸性橙具有优良的去除效果,前30 min反应速率较快,30 min后由于受H2O2浓度因素制约,反应速率减慢。在反应时间120 min时,对酸性橙的去除率高达85% ,较单独H2O2氧化去除率提高了30% 。并且在反应时间20 min时去除率就达到了58% ,大于单独H2O2氧化120 min时对酸性橙的去除效果。C@ Fe3O4非均相类芬顿工艺较C@ Fe3O4吸附和单独H2O2氧化工艺具有明显优势。
2.2.2催化剂用量对酸性橙降解效果影响
在1. 2. 3节实验条件下,通过控制催化剂投加量,比较不同催化剂投加量对污染物酸性的降解效果,实验结果如图4所示。实验结果表明,随着催化剂用量的增大,对污染物去除率呈现先增高,再趋于平稳的趋势,其中用量为0. 4 g/L时去除率高达85% ,催化剂用量继续增加到0. 5 g/L时反而去除率略有下降。说明催化剂用量少时,污染物去除率主要受催化剂用量影响; 催化剂用量大于0. 4 g/L时催化效率降低。考虑效率与经济等实际因素,确定该反应体系催化剂最佳添加量0. 4 g/L。
2.2.3pH对酸性橙降解效果影响
p H值是制约芬顿反应影响因素,芬顿反应要取得较好的效果一般需要在酸性条件下进行反应。参照1. 2. 3方法设定实验方案,在溶液p H = 1,p H = 3,p H = 5及p H = 7四种条件下对酸性橙进行降解。根据图5可见,p H = 3条件下对酸性橙的出去率达到85% ,出去效果较好,p H从3增大到5再到7过程中,随着p H值增大去除率也逐渐降低。得到最佳反应p H = 3。
2.2.4反应温度对酸性橙降解效果影响
由2. 2. 3节得出p H对反应起限制因素。p H偏中性时去除效果较差,为减少此因素的限制作用,本文从反应温度角度对反应进行研究。从图6和图7可以看出,随着反应温度的升高, 对酸性橙的去除率逐渐增加。p H = 3条件下,温度从30 ℃ 升高到40 ℃ ,去除率从85% 增加到92% ,温度升高到50 ℃ 去除率增加到95% 。p H = 5条件下,温度从30 ℃ 升高到40 ℃ ,去除率从68% 增加到86% ,温度升高 到50 ℃ 去除率增 加到90% 。温度的升高加速反应的进行。
比较不同p H情况下,温度对反应的影响。由图8可见, 30 ℃ 时p H = 3条件下反应去除率高于p H = 5条件下去除率。 随着温度升高,去除效果逐渐提高,p H = 5条件下温度高于40 ℃ 时去除率高于p H = 3条件下30 ℃ 时的去除率。可以得出, 温度升高不仅可以提高反应效率,还可以在一定程度上通过升高温度克服p H值的限制。
3结论
( 1) 采用溶剂热反应制备的C@ Fe3O4非均相芬顿催化剂对酸性橙具有较高的降解活性。
( 2) 当酸性橙浓度为1 × 10- 4mol / L时,降解的优化条件为: 催化剂投加量为0. 4 g/L,H2O2浓度为3. 5 × 10- 3mol / L, 反应时间为2 h,p H = 3。在此优化条件下对酸性橙的降解率达到85% 。
贫锰矿制取四氧化三锰的实验研究 篇8
关键词：四氧化三锰,硫酸锰,浸出,除杂,氧化
高纯四氧化三锰是电子工业生产软磁铁氧体的主要原料之一。近年来, 四氧化三锰还广泛应用到电池领域, 被用作锂离子电池的正极材料锂锰氧电极的制备原料[1]。随着电子、电气等工业的发展, 对四氧化三锰的需求量不断增长, 对产品质量也有更高的要求。
制取Mn3O4的传统方法是以电解的金属锰片为原料, 先将金属锰片粉碎制成悬浮液, 再利用空气或氧气作为氧化剂, 在一定温度和铵盐添加剂浓度下制备四氧化三锰[2]。该法虽然简单, 但是在制备过程中会消耗大量的电能, 使生产成本大大提高, 并且生产过程中会带入硒, 影响产品质量, 且产品的比表面积不高。
本文采用两步法制取Mn3O4, 是以贫锰矿为原料, 经过浸出、化学除杂后在碱性条件下将Mn2+沉淀, 再利用空气将沉淀氧化成Mn3O4的一种制备方法。此法不仅适用于低品位的贫锰矿, 还能利用高品位锰矿资源, 获得高质量Mn3O4, 大大提高锰矿资源的利用率。
1 实验部分
1.1 原料
实验所用矿石为贵州某菱锰矿, 矿石类型为海相沉积碳酸锰矿, 其化学成分见表1。
(%)
1.2 实验原理
1.2.1 硫酸浸出
H2SO4浸出贫锰矿生成Mn SO4溶液, 反应如下:
除此之外, Fe、Ca、Mg、重金属等金属离子随着H2SO4的浸出反应进入浸出液[1], 最终的浸出液为多成分的复杂硫酸盐体系。
1.2.2 中和除铁
以Fe (OH) 3形式去除浸出液中Fe离子反应条件易于控制。因此先将Fe2+氧化为Fe3+, 再进行沉淀[2]:
Fe3++3OH-=Fe (OH) 3↓或Fe3++3H2O=Fe (OH) 3↓+3H+
1.2.3 除重金属
由于硫化物除重金属的效果不如SDD, 且会带来新的杂质, 故采用添加SDD来去除重金属[2,3]。
1.2.4 除钙、镁
加入NH4F, 使得Ca、Mg生成沉淀。反应方程式如下:
1.2.5 除硅
加入聚丙烯酰胺, 采用絮凝除硅法可将硅去除。絮凝除硅是利用絮凝剂聚丙烯酰胺使溶液中的硅酸聚合成大分子与絮凝剂形成沉淀, 达到除硅的目的。
1.2.6 制取四氧化三锰 (1) 沉淀氢氧化锰
用氨水为沉淀剂[4,5], 沉淀反应式为:
(2) 氧化
本实验采用的氧化剂为空气, 反应如下:
2 结果与讨论
2.1 硫酸浸出
实验用硫酸作为浸出剂。从浸出反应的热力学分析, 硫酸的浓度、浸出温度、液固比和浸出时间均为影响浸出率的重要因数, 是实验所研究的主要内容。为确定最佳浸出条件, 本文对反应时间、反应温度、液固比、硫酸浓度四个影响因素进行分析, 采用三水平四因素L9 (34) 进行实验。表2为各因素和水平表, 表3为正交实验表。
由正交实验表3中极差数据可知, 四因素中对贫锰矿浸出率影响程度大小分别是硫酸浓度>反应时间>反应温度>反应液固比。浸出实验的最佳优化方案为A2B3C3D2, 即液固比为5∶1, 反应时间为5 h, 反应温度为80℃, 硫酸溶液浓度为0.8 mol·L-1。
2.2 除杂与净化
分析浸出结果得出原矿浸出的最佳工艺条件进行浸出, 过滤浸出液后滤液用于下一步的除杂实验。
(1) 中和除Fe
浸出液加入双氧水20 m L·L-1搅拌氧化0.5 h, 然后加氨水调节p H至6可将铁除去。实验可知双氧水加入量的增大使二价铁离子向三价铁离子的转化更充分, 但不宜过量。
(2) 除重金属
向已除铁的滤液中加入少量硫化氨, 反应2 h后滤除重金属。在保证重金属被去除的基础上又使Mn的损失最小, 硫化氨加入的量选择为0.008 mol·L-1。
(3) 除Ca2+、Mg2+
因溶液中铁离子的存在会干扰溶液总硬度的测定, 所以除钙、镁离子的步骤应在除铁之后。控制氟化铵的加入量为3.704 mol·L-1满足实验要求。
(4) 除Si
向上述除杂液中加少量的聚丙烯酰胺, 并将溶液静置一夜后抽滤, 可得到纯净的硫酸锰溶液。
2.3 沉淀氢氧化锰
2.3.1 氨水的滴加速度对产品比表面积的影响
氨水的滴加速度对产品比表面积的影响见图1。由图1可知随着滴加速度逐渐增大, Mn3O4的比表面积减小。但滴加速度慢时间耗费越长, 成本升高, 且滴加速度为0.5 m L·min-1时, Mn3O4的比表面积已达到28 m2·g-1, 达到要求, 所以实验选择滴加速度为0.5 m L·min-1。
2.3.2 p H值对Mn2+沉淀率的影响
p H值对锰离子沉淀率的影响反映在图2中。由图2可知净化液中Mn2+的沉淀率随着p H值的升高而增大。在p H值到达9.9时溶液中Mn2+几乎沉淀完全。但由于Ca (OH) 2、Mg (OH) 2的Ksp值大于Mn (OH) 2的Ksp值, p H值的增大, 产品中引入的Ca、Mg杂质就越多, 故选择p H的调节终点为9.9。
2.4 制备四氧化三锰
2.4.1 氧化温度对产品纯度的影响
氧化反应温度对产物总锰质量分数的影响见图3。从图3可以看出, 温度升高, 产物的总锰质量分数升高。主要是因为温度升高加速了氧化反应的进行, 即Mn (OH) 2被氧化成Mn3O4的速度加快。但氧化反应为放热反应, 随着温度的上升, 不利于氧化反应向右进行, 曲线斜率逐渐变小。所以氧化反应温度选择70℃比较合适。
2.4.2 氧化时间对产品纯度的影响
氧化时间对产物总锰质量分数的影响见图4。从图4可以看出随着反应时间的延长产品中Mn的质量分数逐渐升高, 但7 h之后产品中Mn含量增加很缓慢, 从能源节约和经济效益出发控制在7~8 h的氧化时间是比较合理的。
2.5 产物的XRD分析
根据实验结果得出的最佳实验条件所制备的Mn3O4产品, 采用EDTA滴定法测锰, 总锰质量分数可达71.0%。产品的XRD分析结果如图5, 通过与标准卡比对, 可以确定产物为Mn3O4。
3 结论
(1) 贫锰矿的浸出:正交试验确定浸出的最佳实验参数为温度80℃、时间5 h、液固比5∶1, 硫酸浓度0.8 mol·L-1时, 浸出率可达98.90%。
(2) 复杂硫酸盐体系的除杂:通过加双氧水氧化二价铁离子后加氨水调节p H值至6.0去除铁, 去除率可满足要求, 且Mn无损失;加入硫化铵去除重金属, 重金属去除率可满足要求, 但净化液中Mn含量有所减少;在常温条件下加入氟化铵去除钙镁离子, 钙镁的去除率能达到90%以上, 且Mn无损失;加入少量的聚丙烯酰胺除硅, 可以改善浸出液的过滤;除杂后可得到较好除杂效果的净化液。
(3) 净化液制取Mn3O4:氨水滴加速度为0.5 m L·min-1, 终点p H值9.9时氢氧化锰的沉淀率高;氧化反应时间7 h, 氧化反应温度70℃条件下四氧化三锰收得率及质量较为理想。
参考文献
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四氧化三铁 篇9
近年来烷烃氧化脱氢制相应烯烃的问题引起了人们的关注。乙烷分子比较稳定,需要高活性的催化剂才有可能在较低温度下使其反应。文献中报道的乙烷氧化脱氢制乙烯(ODHE)催化剂大多是常规尺寸的催化剂,反应温度一般也比较高[2,3,4,5]。前期研究表明,氧化镍有很好的ODHE的低温性能[6],它在400℃就能得到13%的乙烯收率。
这里在此基础上采用溶胶-凝胶法,制备出组成均匀、纯度高、粒度小且分布窄的纳米氧化镍催化剂,并考察了影响ODHE反应的因素。
1实验部分
1.1催化剂的制备
采用溶胶-凝胶法[7]制备纳米尺寸的NiO催化剂。将Ni(NO3)2·6H2O溶解于去离子水中,加入适量的柠檬酸作为络合剂,得到的无色透明溶液在70℃水浴加热得到胶状溶胶。在110℃干燥,得到的凝胶置于马福炉中分别在380℃焙烧4 h。
1.2催化性能测试
催化性能在石英微反应器(id=5 mm)中测试。产物用配有Porapak Q和5分子筛色谱柱的气相色谱仪上在线分析。在空管反应中,550℃时石英砂没有反应活性,表明在低于550℃的温度下,气相反应可以被忽略。
2结果与讨论
2.1催化剂形貌与结构
图1是纳米NiO的扫描电镜照片,该照片清楚地显示了用溶胶-凝胶法制备的NiO粒子达到纳米级别,粒径大小均匀,形状为球形,平均粒径为8～10 nm左右。XRD研究(图2)表明,制备得到的NiO催化剂具有纯的立方NiO相,在37°、43°、63°处有较强的特征衍射峰。同时,与常规尺寸氧化镍谱峰相比,该催化剂的各个衍射峰均有明显宽化现象,这也进一步说明制备得到的NiO为纳米粒子。根据Scherrer公式计算可得平均粒径为8.3 nm,与SEM观测结果一致。
2.2石英砂的影响
表1为添加石英砂前后的NiO反应数据,从表中结果可以看到,纳米NiO具有较好的低温催化性能,275℃即有13%的乙烯收率,比常规尺寸NiO获得相同性能反应温度下降125℃。但当反应温度从250℃升高到275℃,乙烯收率从1.5%迅速上升到13%,表明反应有可能存在着热点问题。由于热点的存在,催化剂床层表面温度急剧升高,与表观温度相差甚远[8]。当继续升高反应温度,C2H4选择性迅速降为0,反应产物为裂解产物CH4和氧化产物COx。当在NiO催化剂中混合了石英砂之后,在相同的反应温度下,活性有所降低。在获得相同的乙烯收率13%时,在未掺杂石英砂的纳米氧化镍催化剂上反应温度为275℃,而掺杂了与催化剂等量的石英砂后,反应温度需比前者高40℃左右。由于在空白实验中,石英砂在550℃以下均无反应活性,所以可以判断在低于550℃的反应条件下,氧化镍催化剂中混合石英砂的主要作用是传递反应产生的热量,防止催化剂在反应过程中局部温度迅速上升而导致催化剂结焦失活,部分解决了热点问题。
注:反应条件:C2H6∶O2∶N2=2∶1∶4,C2H6=5 mL min,催化剂:0.1 gNiO[+quartz sand]
随着石英砂的量逐渐增大时,抗乙烷裂解的温度有所升高,在催化剂失活之前所能获得的最高收率也逐渐增加。未掺石英砂的纳米NiO催化剂在275℃能获得最好的乙烯收率13%,高于此温度催化剂则失活;而当石英砂与氧化镍的比例为2:1时,最高的收率能达20.7%。但当继续增加石英砂的用量(如石英砂与NiO催化剂比为3时),在获得与之相近的乙烯收率20%时所需的反应温度比掺石英砂比例为2∶1时高25℃左右。因而在测试催化性能时,在氧化镍催化剂中添加石英砂的量为催化剂的两倍较为合适。
2.3烷氧比的影响
表2为反应气比例对催化性能的影响。从表中结果可以看出,当固定氧气与稀释气氮气的比例时,随着乙烷和氧气的比例逐渐降低,即,随着氧气的分压的升高,产物中有更多的乙烷被完全氧化成CO2,反应中的乙烯选择性逐渐降低,但乙烷的转化率有较大幅度的提高,因此在一定的范围内乙烯收率有所提高。而空气流速继续进一步增大,当烷氧比小于1时,由于此时反应气中氧气比例较大,反应较为剧烈,放出大量的热不能及时散发,催化剂床层温度迅速升高,致使反应在表观温度为350℃时已发生了乙烷裂解反应,乙烯选择性为0。可见,在乙烷氧化脱氢制乙烯的反应中,烷氧比调至1:1较为适中。
注:反应条件:C2H6=5 mL min,O2∶N2=1∶4,催化剂:0.1 gNiO+0.2 g quartz sand
2.4稀释气的影响
表3为稀释气对催化性能的影响,从表中反应数据可以看出,固定烷氧比为1:1,增大稀释气N2的量,乙烷的转化率有所下降,而乙烯选择性增加,在相同的反应温度下乙烯收率稍有增加。而当稀释气流速大于40 mL min,乙烷转化率下降幅度较大,乙烯收率也有所下降。由于增大稀释气的量,总流速增大,乙烷与催化剂的接触时间减小,因此转化率下降而乙烯选择性上升。而稀释气的另一作用在于它能较快的带走反应中产生的热量,所以当稀释气较大(譬如50mL min)时,在获得相同的收率时所需的反应温度比稀释气较小时略高。
注:反应条件:C2H6=5 mL min,C2H6∶O2=1∶1,催化剂:0.1 g NiO+0.2 g quartz sand
2.5制备催化剂时的原料配比
在前期研究中[9]我们对比了不同原料配比(柠檬酸硝酸镍)制备得到的纳米NiO粒径和比表面积均有差别,当制备过程中调整柠檬酸与硝酸镍比例为1时,制得的NiO具有最小的粒径和最大的比表面积。从XRD谱图看出,原料配比为0.5时,含有金属镍相。本文中比较不同原料配比(柠檬酸硝酸镍)制备得到的纳米NiO的乙烷氧化脱氢性能(表4)可以看出,当制备过程中原料比例变化时,除了原料配比为0.5制得的NiO之外,其余比例制得的纳米NiO的ODHE性能相差不多,其中比例为1时有相对较好的乙烯收率,而原料配比为0.5时,只有很低的转化率。可见,粒径越小比表面积越大的粒子有较好的乙烷氧化脱氢的性能,而NiO催化剂中含金属镍相将不利于乙烷部分氧化脱氢,其ODHE性能较差。
注:反应条件:C2H6=5 mL min,催化剂:0.1 gNiO+0.2 g quartz sand,C2H6∶O2∶N2=1∶1∶8
3结论
(1)通过溶胶-凝胶法可以制备得到粒径均匀尺寸<10 nm的纳米NiO催化剂,具有较好的低温催化性能。
(2)在ODHE反应中,石英砂的添加量,烷氧比、稀释气的流速及制备催化剂的原料配比对乙烷氧化脱氢性能均有影响,最佳的反应条件为C2H6∶O2∶N2为1∶1∶8,最佳催化剂的制备原料配比为柠檬酸硝酸镍为1,另外,在反应过程中添加石英砂可部分解决热点问题。
摘要：采用溶胶-凝胶法制备了纳米氧化镍催化剂,其具有较好的低温催化乙烷氧化脱氢(ODHE)性能,通过SEM和XRD表征了该催化剂的形貌和结构,并研究了纳米NiO催化下ODHE反应的影响因素。
关键词：纳米,氧化镍,乙烷氧化脱氢
参考文献
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四氧化三铁 篇10
石墨烯, 一种新型的二维纳米材料, 由单层的碳原子sp2网络组成。因为其本身极佳的电性能, 机械性能和热性能, 使石墨烯无论在理论研究或是实际应用中, 均得到了越来越广泛的关注[1,2,3,4]。氧化石墨被剥离为纳米薄片, 甚至于单层石墨烯片, 可能是导致石墨烯性能优越的原因。
近年来, 出现多种石墨烯的制备方法, 如微观机械剥离[1], 化学气相沉积 (CVD) [5,6], 外延生长[7,8], 和氧化石墨的化学还原[3]等。尽管还原机理仍然有待研究, 但化学还原氧化石墨已经是大批量制备石墨烯的最基本防范之一。目前, 化学还原通常使用肼还原、二甲肼, 对苯二酚或者Na BH4作还原剂。
本研究中使用氧化石墨作为石墨烯的制备途径。首先将GO完全剥离为单层的GO片, 然后再将其还原为类石墨烯的氧化石墨片。本论文中, 我们详细描述了剥离GO片的还原方法以及对还原后产物的表征。特殊的是, 我们直接将GO在FTO衬底上还原。
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
石墨 (上海慈太龙实业有限公司, 含碳量99.95%, 粒度1.3μm) ;高锰酸钾, 浓硫酸, 浓磷酸, 双氧水, 无水乙醇和乙腈 (国药试剂, 分析纯) ;实验用水为高纯水 (自制, ρ=18.2M·cm) ;FTO导电玻璃 (14·□-1, 2cm×6cm, 武汉奥格) 。Cy26不锈钢数控恒温水浴电磁搅拌器 (上海持盈化工仪器科技有限公司) ;TG16-WS台式高速离心机 (湖南湘仪有限公司) ;FD-1型冷冻干燥机 (北京德天佑科技公司) ;三电极电化学测试槽和Ag/Ag+准参比电极 (杭州赛奥斯化学仪器公司) ;CHI660C电化学工作站 (上海辰华仪器有限公司) 。
1.2 氧化石墨烯的制备
采用磷酸法制备氧化石墨烯。在500ml烧杯中加入360ml浓H2SO4和40ml浓H3PO4, 搅拌后, 加入3g石墨, 在30min中时间内边搅拌边缓慢加入9g KMn O4。密封反应体系, 在50℃条件下恒温水浴搅拌12h, 期间超声一次 (时长45min) 。水浴结束后将产物倒入装有400ml冰块 (高纯水制备) 的1000ml烧杯中, 搅拌30min, 冷却体系后加入用高纯水稀释5倍的H2O2溶液, 直至混合液中无气泡冒出。用高纯水离心清洗三遍, 得到GO溶胶, 冷冻干燥后得到GO固体粉末。
1.3 电化学还原氧化石墨
电化学沉积采用三电极体系。以FTO玻璃为工作电极, Pt片为对电极, 参比电极为饱和甘汞电极。工作电极和对电极间距离固定为1.5cm, 工作电极浸入面积为2cm×2cm。采用CHI660C电化学工作站, 用循环伏安法 (CV) 作电沉积。还原氧化石墨 (r GO) 的沉积时间为10min, 电沉积液使用GO溶液。沉积结束后, 用乙醇将得到的薄膜冲洗干净并在氮气气氛下120℃热处理12小时。
2 结果与讨论
2.1 石墨的氧化
按不同C∶KMn O4的比例, 将KMn O4加入浓硫酸, 浓硝酸以及石墨的混合溶液中, 如表1所示。
GO的结构分析中, 用XRD检测石墨是否被充分氧化。结果如图1所示:在10°左右出现了GO (002) 晶面产生的衍射峰, 是由于含氧官能团的引入, 层间距由石墨的0.34nm增加到0.91nm。随着KMn O4的增加, 石墨特征峰逐渐降低, 在C∶KMn O4 (质量比) 为1∶3时, 石墨特征峰完全消失。从GO-2~GO-4, KMn O4的量逐渐增加, GO (002) 晶面产生的衍射峰逐渐左移。根据布拉格公式 (F1) 计算, GO间距由0.91nm增加到1.03nm, 说明GO氧化程度进一步增加。
2.2 GO的电化学还原
在水相中用阴极电沉积制备氧化石墨烯薄膜。将一定量的GO分散到360ml高纯水中, 用1mol/L的HCl调节p H值, 使显负电性的GO表面通过吸附H+而带正电, 从而能够在阴极沉积。选用三电极体系, 以FTO为工作电极、Pt片为对电极、饱和甘汞电极为参比电极, 工作电极与对电极间距为1.5cm。实验技术选循环伏安技术, 选取合适电位范围, 扫描速度为10m V/S, 扫描段数为25seg。每次沉积之前先静置20min至体系稳定, 沉积结束之后立即取出样品用乙醇冲洗干净, 在120℃条件下热处理2h去除自由水, 样品编号及沉积参数见表2。
2.3还原GO的表征
见图3。
图3为FTO和Edr GO的SEM图。从图3看出GO片平铺在FTO衬底上, 且厚度极薄, 透明度高, 为氧化石墨烯片。说明通过循环伏安法, 确实可以将GO片阴极沉积至FTO基底表面。
3结语
总之, 当C∶KMn O4比例为1∶3时, 石墨可以被完全氧化。氧化后剥离GO类似于石墨烯。在纳米结构上, 氧化石墨片组成的碳基材料有高比表面积。还原氧化石墨的表征表明电化学还原导致不饱和和共轭的碳原子, 反过来影响电导性。还原的氧化石墨可以应用于储氢或者复合材料的导电材料等一系列的应用中。
摘要：通过磷酸法制备氧化石墨, 通过扫描电镜 (SEM) 、X射线衍射 (XRD) 、紫外可见 (UV-Vis) 光谱、X射线光电子能谱 (XPS) 对样品进行表征, 研究不同的C:KMn O4比例对石墨氧化程度的影响。采用电化学沉积氧化石墨悬浮胶体的方法, 还原剥离后的氧化石墨片, 制备出高比表面积的氧化石墨烯片, 并用SEM等研究方法进行结构表征。
关键词：石墨,氧化石墨烯,电化学,还原氧化石墨烯,薄膜
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