方案摘要
方案下载| 应用领域 | 医疗/卫生 |
| 检测样本 | 其他 |
| 检测项目 | |
| 参考标准 | 微波水热法；ＳｎＯ２；纳米材料；绿色合成 |
将微波水热法应用于ＳｎＯ２ 纳米晶的水热法制备实验中，实现了该实验教学中合成方法的绿色化改进。ＴＥＭ 表明产物为 类 球 形 貌 颗 粒，尺 寸 均 一，约 为 ２５ｎｍ 左 右。ＸＲＤ 显 示 产 物 为 纯 四 方 相ＳｎＯ２。以紫外光下光降解染料 ＲｈＢ作为催化探针反应，考察微波反应温度，保温时间，起始ｐＨ 值对产物的催化性质的影响，结果表明在微波水热反应条件下制备ＳｎＯ２ 的最优化条件为：１１０℃，１５ｍｉｎ，ｐＨ４，紫外光催化降解 ＲｈＢ的４５ｍｉｎ降解去除率高达９９％。
纳米粒子（ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ）也称为超微颗粒，是一种典型介观体系。当材料细分成超微颗粒后，将展现
出许多区别于大块固体材料的奇异光、声、电、磁及化学方面的特性。ＳｎＯ２ 是重要的半导体材料，纳米二
氧化锡因比表面积大，界面活性高，可作为良好的传感，导电薄膜和光催化材料，其方法主要有溶胶－凝胶
法、气相法、水热法等［２－４］。实验室制备纳米ＳｎＯ２ 主要采用水热法，实验的目的是使学生学习纳米材料的
液相制备操作控制及试验方法，但是传统水热方法存在反应温度高，时间长等能耗问题，而且控制颗粒形
态的结晶调控剂的使用容易形成环境污染。微波水热是一种近今年迅速发展的纳米材料合成技术［５］。它
具有常规合成技术所不具备的诸多优势。高频微波对极性介质的直接作用，使得加热速率快，温度梯度
低，热惯性小，在提高能量利用率的同时，晶粒的生长动力学在合成过程中能够有效被限定，因而制备尺寸
均匀，纯度高的材料所需的时间短，温度低。鉴于此，我们将微波水热法引入到 ＳｎＯ２ 超微颗粒的制备实
验中，对合成方法进行了绿色改进。以紫外光降解染料 ＲｈＢ做为探针实验，考察微波工艺（反应温度，保
温时间，起始ｐＨ 值）对产物性质影响，探索最佳制备工艺。
１ 实验部分
１．１ 仪器与试剂
微波水热合成仪（北京祥鹄），氯化锡（ＳｎＣｌ４·５Ｈ２Ｏ，ＡＲ，国药集团），乙酸（ＨＡｃ，Ａｒ，国药集团），去离
子水（自制）。
１．２ 实验步骤
将ＳｎＣｌ４·５Ｈ２Ｏ，溶解于２５ｍｌ去离子水形成０．０５ｍＭ 澄清溶液，适量乙酸调节溶液ｐＨ 值到２－６之
间，并移至３０ｍｌ微波反应釜中，转 入 微 波 合 成 仪 中，设 定 反 应 温 度 在９０－１３０℃，反 应 保 温 时 间 为 ５－
２５ｍｉｎ，至反应完成后自然冷却，将产物洗涤、减压过滤、烘干，得到粉体用于后续测试。
传统水热法制备ＳｎＯ２ 纳米材料工艺参考文献［６］，将０．０５ｍＭ ＳｎＣｌ４ 水溶液，调节一定ｐＨ 值，并转
到高压反应釜中，在恒温干燥箱中于１５０℃保温３６０ｍｉｎ，后续样品洗涤干燥步骤同上，样品标记为 Ｈ１５０－
３６０。
１．３ 光催化性能测试
光催化性能测试：紫外光催化反应装置如图１所示，光源高压汞灯功率３００Ｗ，目标降解物为罗丹明 Ｂ
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第１６卷第２期 潍坊学院学报 Ｖｏｌ．１６Ｎｏ．２
２０１６年４月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＷｅｉｆａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ａｐｒ．２０１６
＊ 收稿日期：２０１６－０３－１２
基金项目：潍坊市科技发展计划（２０１２１３１１）；潍坊学院博士基金（２０１２ＢＳ１２）
作者简介：任仰（１９８３－），男，山东东营人，潍坊学院化学化工与环境工程学院讲师，博士。研究方向：优良光、电化学
性质纳米材料开发及应用研究。
图１ 光催化反应器示意图
（ＲｈＢ），数 据 采 集 过 程 如 下：称 取 ０．２ｇ 制 备 样 品 分 散 于
２０ｍｇ／Ｌ的 ＲｈＢ溶液１００ｍｌ中，避光搅拌１ｈ，待样品表面
对染料达到吸附－脱附平衡状态后，将反应容器放置于光
催化降解装置下 进 行 辐 照 降 解 反 应，每５ｍｉｎ取５ｍｌ并 离
心作为测试 样 本。取 上 层 清 液 利 用 紫 外 可 见 分 光 光 度 法
检测５５４ｎｍ ＲｈＢ的 特 征 吸 收 峰 的 浓 度 变 化，评 估 不 同 样
品的光催化效果。
２ 结果与讨论
２．１ 样品表征
图２（ａ）为微波水热合成（１１０ｏＣ，１５ｍｉｎ，ｐＨ＝４）方式
得到的产物 ＴＥＭ 照片，颗粒呈现明显的类球形貌颗粒，分
散性好，没有明显的团聚，颗粒尺寸 均 一，大 约２０－２５ｎｍ
左右。通过 ＸＲＤ对产物进行了晶型分析，结果如图２（ｂ）
所示。所有衍射峰对应的是四方相 ＳｎＯ２ 的特征峰位（ＪＣＰＤＳｃａｒｄＮｏ．４１－１４４５）［６］，没有其它杂质峰的
出现，说明产物为纯四方相ＳｎＯ２。通过谢乐方程估算产物的晶粒尺寸，方法如下：
Ｄ＝０．９λ＼Ｂｃｏｓθ
式中，θ和 Ｂ分别代表 Ｘ射线源的波长以及最强峰的半峰宽。
（ａ）ＴＥＭ 照片 （ｂ）ＸＲＤ谱图
图２ 微波水热工艺（１１０ｏＣ，１５ｍｉｎ，ｐＨ＝４）样品
根据（１０１）衍射峰的 ＦＷＨＭ 半峰宽，带 入 公 式 计 算 得 到 微 波 水 热 法 制 备 的 ＳｎＯ２ 颗 粒 尺 寸 分 别 为
２０．１ｎｍ。这和 ＴＥＭ 电镜照片的结果相一致。结合文献水热工艺制备 ＳｎＯ２ 产物［７］，当采用传统加热方
式进行反应，保持其他反应条件不变。１５０℃保温１５ｍｉｎ得不到任何结晶产物。说明微波水热工艺能够在
较低温度，较短时间得到更高结晶质量的ＳｎＯ２ 产品。
２．２ 工艺条件研究
在确定了微波水热法可以低温制备纯相 ＳｎＯ２ 纳米晶的基础上，进一步考察了微波工艺参数对产物
光催化性能的影响，从而探索最佳的微波水热合成工艺。
２．２．１ 微波温度对光降解性能影响
反应温度是影响反应生成动力学的主要因素。研究从９０℃－１３０℃，保温１５ｍｉｎ，反应ｐＨ 为２所制
得的ＳｎＯ２ 样品对光催化降解率的影响，结果如图３所示。当合成温度由９０℃提高到１１０℃，产物光催化
性能提升，４５ｍｉｎ对 ＲｈＢ的催化降解率从４４％显著提高到９５％，应归于微波反应温度的提升有助于纳米
晶体的生长，结晶性的提高有助于降低表面缺陷和提供更多的表面活性点，从而提高光催化性能。然而当
合成温度提升至１３０℃，保持其他反应条件不变，催化降解率降为９１％。其原因可能是因为随着合成温度
的增加，反应动力学进程较快，溶液过饱和度的降低，熟化过程造成颗粒尺寸分布变大，降低了材料的总比
表面积，从而导致催化性能的衰减［７］。
文献贡献者
微波辅助分子内酯交换法合成环收缩红霉素A衍生物
超声与微波协同作用对转谷氨酰胺酶交联的乳清蛋白结构和功能特性的影响
微波辅助合成的新型类固醇希夫碱化学传感器用于检测水介质中的Al3+。
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