[发明专利]制备α-Fe2O3空心结构及α-Fe2O3/K1.33Mn8O16纳米线的方法

说明书

技术领域

本发明涉及以同一种固态前驱物K_1.33Mn₈O₁₆纳米线水热可控制备α-Fe₂O₃空心结构及α-Fe₂O₃/K_1.33Mn₈O₁₆复合结构纳米线的方法，属于功能材料领域。

技术背景

当前，寻找价格低廉、容易合成的微尺度材料应用于污水处理尤为迫切。铁、锰两种元素在地球上储量丰富、易于获得，因此铁基氧化物以及锰基氧化物成为污水处理材料的研究热点。研究表明，这两类氧化物均能够通过物理、化学或两者结合的作用方式实现污水中有机、无机污染物的高效移除。尤其是对于印染工业中的有色染料，基于纳米尺度下这两种氧化物表面丰富的不饱和金属离子以及羟基基团，能够实现较好的移除效果。因此，通过合成空心结构进一步提高材料的比表面积，或合成复合材料构建活性界面对于增强其对有机染料的移除能力至关重要。

当前，通过一步反应分别可控合成α-Fe₂O₃空心结构、以及α-Fe₂O₃/K_1.33Mn₈O₁₆复合结构纳米线未见报道，若能通过简便地控制反应条件，可控得到在水处理领域具有广泛应用前景的铁基氧化物以及锰基氧化物或二者的复合结构，则可大大降低成本，提高效率，实际意义重大。

发明内容

本发明需要解决的是通过简便的反应参数控制而一步可控合成α-Fe₂O₃空心结构以及α-Fe₂O₃/K_1.33Mn₈O₁₆复合结构纳米线，从而提高反应效率，降低成本，利于大批量合成。

可控合成α-Fe₂O₃空心结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）首先水热处理高锰酸钾（KMnO₄）和氟化铵（NH₄F）得到K_1.33Mn₈O₁₆纳米线，KMnO₄和NH₄F的质量比为（0.3-0.5）：（0.2-0.4），反应温度为140-160℃，反应时间为2-4小时；

（2）利用步骤（1）得到的K_1.33Mn₈O₁₆纳米线为反应前驱物，用浓度为0.1-0.3mol/L的Fe(NO₃)₃溶液水热处理K_1.33Mn₈O₁₆纳米线，加入表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）与KMnO₄的质量比为（0.05-0.2）：（0.3-0.5），水热处理温度为170-200℃，处理时间为24-36小时，制得α-Fe₂O₃空心结构。

所述步骤（2）中，用相同摩尔浓度的十二烷基磺酸钠（SDS）替换SDBS，同样得到α-Fe₂O₃空心结构。

可控合成α-Fe₂O₃/K_1.33Mn₈O₁₆复合结构纳米线的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）首先水热处理高锰酸钾（KMnO₄）和氟化铵（NH₄F）得到K_1.33Mn₈O₁₆纳米线，KMnO₄和NH₄F的质量比为（0.3-0.5）：（0.2-0.4），反应温度为140-160℃，反应时间为2-4小时；