纳米棒状氧化铁的制备、表征及应用研究

摘要

本文以尿素为沉淀剂，采用缓慢滴加方式，用均匀沉淀法制备了纳米棒状氧化铁。考察了Fe2+浓度、反应时间、反应温度、尿素/Fe2+摩尔比等因素对产品粒径、形貌及收率的影响，并用TG、XRD、IR、UV-Vis、TEM等对样品进行了表征，确定了纳米氧化铁制备的较好条件。并将其应用在光催化降解活性染料中，研究了纳米棒状氧化铁对果绿、碱性黄、亮蓝溶液的光催化降解性能，考察了光催化剂用量、光照时间及空气的存在对三种染料降解脱色率的影响。研究其在环氧树脂涂料基体中的应用，分别探讨了不同添加量对环氧树脂涂膜附着力、抗冲击力、硬度及耐磨性的影响。结果表明：
　　 1.制备纳米棒状氧化铁红的最佳工艺条件：Fe2+为0.50mol/L，反应时间为180min，反应温度为80℃，尿素/Fe2+摩尔比为20:1，在此条件下制得前驱体，将前驱体在350℃下煅烧2h，即可得到纳米棒状氧化铁红。样品的XRD、TEM表征结果表明，该氧化铁为具有六方晶系结构的纳米棒状a-Fe2O3，其长轴约为300-500nm，短轴约为20-40nm，产品收率为75.90％，颜色为鲜红色，含5％(w/v)样品的清漆对紫外线具有很好的吸收性能，而对可见光具有良好的透明性，其透光率在85％以上，可作为透明氧化铁红颜料使用。
　　 2.纳米棒状氧化铁红对浓度为10mg/L的果绿、碱性黄、20mg/L的亮蓝溶液，当催化剂的用量分别为0.6g/L、0.6g/L和0.8g/L时，在通入20ml/min空气的情况下，用紫外光照射150min，三种染料的降解脱色率可分别达到97.98％、94.89％和92.64％。
　　 3.用于环氧树脂涂料涂膜时，当纳米a-Fe2O3添加量为5％时，环氧树脂涂膜较好，各种性能均有所提高，此时涂膜附着力为1级，抗冲击力达到50cm/kg，涂膜硬度及耐磨性与不加纳米a-Fe2O3相比，均有较大幅度的提高。

目录

文摘

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第一章 绪论

1.1 纳米材料

1.1.1 纳米材料的特性

1.1.2 纳米材料的应用

1.2 纳米氧化铁的主要合成方法

1.2.1 沉淀法

1.2.2 溶胶凝胶法

1.2.3 冷冻干燥法

1.2.4 水热法／溶剂热法

1.2.5 固相法

1.3 纳米材料在光催化染料废水中的研究

1.3.1 国内外光催化发展历程

1.3.2 纳米氧化铁的光催化原理

1.3.3 影响光催化活性的主要因素

1.4 纳米材料在环氧树脂涂料中的应用研究

1.4.1 纳米涂料的制备技术

1.4.2 纳米涂料的主要性能

1.4.3 纳米材料对涂料性能的改进

1.5 本课题的主要研究内容

第二章 纳米氧化铁红的制备

2.1 实验试剂和仪器

2.1.1 实验试剂

2.1.2 实验仪器

2.1.3 实验装置示意图

2.2 实验方法

2.3 纳米氧化铁红的表征方法

2.3.1 前驱体的TG分析

2.3.2 样品的红外光谱分析

2.3.3 样品的XRD分析

2.3.4 样品的TEM形貌分析

2.3.5 样品的透光性的实验

2.4 结果与讨论

2.4.1 影响纳米棒状氧化铁红制备因素的考察

2.4.2 纳米氧化铁红的表征

2.5 本章小结

第三章 纳米氧化铁红在光催化染料废水中的研究

3.1 实验试剂和仪器

3.1.1 实验试剂

3.1.2 实验仪器

3.1.3 光催化装置示意图

3.2 三种染料的分光光度分析法

3.2.1 三种染料的紫外-可见光吸收曲线

3.2.2 染料光催化降解率的计算方法

3.3 光催化降解实验方法

3.4 结果与讨论

3.4.1 催化剂对活性染料的光催化降解性能

3.5 本章小结

第四章 纳米氧化铁红在涂料中的应用研究

4.1 实验试剂和仪器

4.1.1 实验试剂

4.1.2 实验仪器

4.1.3 实验发生装置图

4.2 实验方法

4.3 涂膜性能的测试

4.3.1 附着力的测定

4.3.2 抗冲击力的测定

4.3.3 硬度的测定

4.3.4 耐磨性的测定

4.4 结果与讨论

4.4.1 a-Fe2O3的添加量对涂膜附着力的影响

4.4.2 a-Fe2O3的添加量对涂膜抗冲击力的影响

4.4.3 a-Fe2O3的添加量对涂膜硬度的影响

4.4.4 a-Fe2O3的添加量对涂膜耐磨性的影响

4.5 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文

导师简介：

北京化工大学 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书