[发明专利]由介孔纳米晶组装而成的多孔氧化铁微球及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域。具体地说，本发明涉及一种由介孔纳米晶组装而成的多孔氧化铁微球及其制备方法。 

背景技术

氧化铁是一种重要的无机非金属材料，它无毒、无污染、抗紫外线，在颜料、催化剂、磁记录材料等领域得到了广泛的应用。多孔氧化铁作为其中非常重要的一类，因具有明显的表面效应，在催化、吸附、分离、光电器件、生物医药等领域具有潜在的应用价值。 

目前，多孔氧化铁材料的制备方法主要有两种，一是以表面活性剂为导向的软模板法，二是以预制好的多孔材料为刚性模板的硬模板法。软模板法制备的多孔材料，其孔壁通常是无定型的或结晶度不高，另外与硅基多孔材料相比，过渡金属氧化物的热稳定性较差，而且在去除表面活性剂的过程中容易结构坍塌(如Sumit Banerjee，AshwinSanthanam，Aruna Dhathathreyan，and P.Madhusudhan Rao.Synthesis of Ordered Hexagonal Mesostructured Nickel Oxide.Langmuir，2003，19：5522-5525)，因此该方法存在一定的局限性。硬模板法是利用预制好的多孔材料作为刚性模板，将反应前驱物配成溶液，装入到模板的孔道中，通过热处理得到需要的物相，再将刚性模板除去从而复制得到模板的多孔结构；如Feng Jiao，Andrew Harrison，Jean-Claude Jumas，Alan V.Chadwick Winfried Kockelmann，andPeter G.Bruce.Ordered Mesoporous Fe₂O₃ with Crystalline Walls.Journal of the American Chemical Society，2006，128：5468-5474中利用介孔氧化硅KIT-6为模板，将硝酸铁溶于乙醇中作为前驱液，二者在室温下混合搅拌至溶液完全蒸发，得到的干燥粉末在300℃煅烧3h，再在500℃煅烧3h，最后用热的氢氧化钠溶液除去氧化硅模板得到了介孔氧化铁；可以看到硬模板法的制备工艺比较复杂，而且可供选择的多孔结构比较单一。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术制备多孔氧化铁材料的种种不足，提供一种操作简便、可重复率高的制备高结晶性多孔氧化铁材料的方法。 

本发明的目的是通过如下的技术方案实现的： 

本发明提供了一种由介孔纳米晶组装而成的多孔氧化铁微球的制备方法，首先利用油包水微乳液法制备出纳米氢氧化铁，然后向其中加入易于光聚合的高分子单体，将此混合液放在高压汞灯下进行紫外光照以引发单体聚合，从而形成氢氧化铁/聚合物复合微球，最后通过热处理除去有机模板就得到了由介孔纳米晶组装而成的多孔氧化铁微球。本发明所述由介孔纳米晶组装而成的多孔氧化铁微球的制备方法包括下列步骤： 

1)将表面活性剂和助表面活性剂以一定的质量比搅拌均匀，然后将一定质量浓度的铁盐水溶液加入到表面活性剂溶液中，混合均匀后加入一定量的油相使形成油包水型微乳液，再将沉淀剂加入到上述微乳液体系中搅拌使反应完全； 

其中表面活性剂和助表面活性剂的质量比为1.4～2∶1，水和表面活性剂的摩尔比为10～24∶1，铁盐水溶液的浓度为0.08～1mol/L，和油相的质量分数为40～80％； 

2)将高分子单体或者高分子单体和自由基引发剂加入到步骤1)所得的微乳液中混合均匀； 

3)将步骤2)得到的混合液放在紫外光下照射8～20min； 

4)将步骤3)得到的浑浊液用乙醇洗涤、分离，所得固体产物放入烘箱中干燥；和 

5)将步骤4)得到的干燥粉末在100～300℃热处理1～5h，再升温至500～800℃热处理2～6h，升温速率1～10℃/min，以除去复合微球中的有机模板，从而得到由介孔纳米晶组装而成的多孔氧化铁微球。 

在本发明所述的由介孔纳米晶组装而成的多孔氧化铁微球的制备方法中，所述的表面活性剂优选为辛基苯基聚氧乙烯醚(曲拉通X-100)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、双(2-乙基己基)磺酸丁二酸钠(AOT)、壬基酚聚氧乙烯醚(Igepal-CO520)或其混合物；所述的助表面活性剂优选为正己醇、正丁醇或其混合物；所述的铁盐优选为硝酸铁、氯化铁或其混合物；所述的油相优选为环己烷、异辛烷、正庚烷或其混合物；和所述的沉淀剂优选为氨水、氢氧化钠或其混合物。