[发明专利]一种超声辅助浸渍制备含高分散氧化铁介孔氧化硅的方法

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米材料领域，具体涉及一种制备含高分散氧化铁的介孔氧化硅材料的超声辅助浸渍方法。

背景技术

介孔氧化硅材料因其独特的优越性，如具有均一可调的孔径、具有一定壁厚且易于掺杂的无定形骨架、比表面积大、可修饰的内表面等，所以在催化、吸附、生物大分子的分离、传感器及电子器件制造等诸多方面均具有广阔的应用前景。由于介孔材料具有通道空间或纳米笼的周期性和拓扑学的完美性，利用化学修饰/镀饰等手段将无机物半导体、有机化合物、金属羰基化合物等物质引人其笼或通道内，或以其它过渡金属氧化物部分取代其无机骨架，可以大大改善介孔材料的性能，形成优异的功能介孔材料。

由于过渡金属及金属氧化物在吸附和催化等方面的重要地位，所以经常作为活性组分被引入介孔材料的孔道中，如Cu、B、V、Ni、Mn、Ti、Pt、Fe及它们的氧化物等。这些过渡金属及金属氧化物可以通过共缩聚方法部分替代硅基骨架，也可以通过直接接枝(嫁接)、离子交换或多种沉积途径而包覆在介孔孔道表面形成功能介孔材料。特别值得一提的是，铁及其氧化物由于兼具有半导体、磁学、吸附和催化等特性，因此关于氧化硅基含(载)铁介孔材料的研究较多。

目前，将铁及其氧化物导入硅基介孔材料的方法有一步共缩聚法(Angew.Chem.-Int.Edit.2003，42，1526.)、离子交换法(Microporous Mesoporous Mater.2006，89，47.)、化学气相沉积法(J.Phys.Chem.B 2001，105，7414.)、物理气相沉积法(J.Mol.Catal.A-Chem.2007，268，155.)、干混研磨法(J.Catal.2000，193，248.；Microporous Mesoporous Mater.2001，44，465.)和湿化学浸渍法(Chem.Commun.1995，1617.；J.Mol.Catal.A-Chem 2000，155，143.；Catal.Today 2001，68，227.；Chem.Lett.2003，32，770.；Appl.Catal.A-Gen.2007，318，234.)。在这些方法中，共缩聚法得到的是骨架掺杂有铁原子的介孔材料，其它方法都是对介孔氧化硅孔表面的化学修饰。

由于共缩聚法往往是预先将Fe以离子形式引入合成体系的，而Fe的离子对有机模板剂和无机硅酸根离子之间的双电层有负作用，容易导致骨架掺杂Fe的介孔产物的有序度和稳定性都显著降低。而且已有文献报道，经灼烧处理后几乎全部骨架Fe原子都迁移到介孔MCM-41的表面。离子交换法只对非纯硅基介孔材料(如骨架掺Al、Ti的介孔材料)才有效。化学气相沉淀和物理气相沉淀虽然产物中Fe的分散度较高，但负载量却很低，且操作复杂、成本较高。干混研磨法由于受固态粉末扩散慢的限制，通常其分散度很差，大部分功能基粒子只负载在介孔材料的外表面。相对以上的这些方法来说，湿化学浸渍法只要操作得当就能既不影响介孔氧化硅载体的主要性能(孔径、孔容及比表面积等)，又能很容易地得到高负载量和高分散的含铁介孔材料，而且其操作很简单、成本也最低廉，因此关于湿化学浸渍法的研究最多，成果也最多(Anorg.Allg.Chem.2003，629，1673.)。

传统的湿化学浸渍法主要是利用电磁或电动搅拌的方法将介孔氧化硅分散在铁的无机盐(以硝酸盐最多)溶液中，然后升温(80～100℃)或室温条件下干燥或真空干燥，最后程序升温灼烧得到负载上氧化铁的介孔氧化硅材料。不过，由于介孔氧化硅的比表面积通常很大(>500m²/g)，在贮存过程中会吸附大量的水汽或其他气态分子，因此在浸渍过程中难免会阻隔铁盐溶液的扩散，所以要求机械搅拌的强度足够强、搅拌时间要足够长才达到完全浸润。而在干燥过程中，升温虽能加快溶液蒸发，却容易导致已进入介孔孔道内的铁盐涌出至孔道外部团聚，从而导致介孔阻塞。

发明内容

本发明的目的在于提出一种超声辅助浸渍负载制备含高分散氧化铁介孔氧化硅材料的方法。由该方法制备的含铁介孔氧化硅的氧化铁分散度高、结晶度低、活性高，因此在吸附、催化、磁性分离及锂离子电极等领域有很好的应用前景。