[发明专利]一种制备具有磁性光催化活性空心玻璃微珠改性的方法

说明书

技术领域

本发明属于功能性无机非金属材料技术领域，涉及到一种空心玻璃微珠的改性方法，具体地说是一种采用水热法对空心玻璃微珠表面先包覆磁性纳米四氧化三铁薄膜，再包覆纳米二氧化钛薄膜，最后进行纳米银修饰的改性方法。

背景技术

磁铁矿四氧化三铁是一种重要的尖晶石类铁氧体材料，具有许多不同于常规材料的光、电、声、热和磁等特性，是应用最为广泛的软磁性材料之一，常用作记录材料、颜料、磁流体材料，催化剂，磁性高分子微球和电子材料等，在生物技术领域和医学领域也有着很好的应用前景。锐钛矿型二氧化钛因具有屏蔽紫外线、光催化和自清洁等特性，而广泛用于太阳能电池、化妆品、功能纤维、涂料和精细陶瓷等领域。纳米银是纳米级的金属银单质，粒径尺寸一般在25nm左右，具有广谱抗菌性，对大肠杆菌、淋球菌和沙眼衣原体等数十种致病微生物都有强烈的抑制和杀灭作用，无毒，不会产生耐药性，可应用于环境保护、纺织服饰、水果保鲜和食品卫生等领域。目前，制备纳米四氧化三铁、二氧化钛颗粒方法主要有化学沉淀法、溶胶-凝胶法、微波辐射法和水热反应法等，而制备纳米银的方法主要有化学还原法、光还原法、电化学法和化学电镀法等。采用水热法制备纳米四氧化三铁粒子具有显著的优点，一是相对高的温度有利于产物磁性能的提高；二是在封闭容器中进行产生相对高的压强避免了组分挥发，提高了产物纯度。水热条件下，通过控制反应温度、酸碱度和原料配比等条件，能够得到不同晶体结构、组成、形貌以及颗粒尺寸的产物，颗粒均匀，分散性良好，无须高温焙烧，过程污染小，操作简单，易实现工业化生产等优点。空心玻璃微珠是一种尺寸微小的空心玻璃球体，具有质轻、低导热、抗压、高分散、隔音、电绝缘性和热稳定性好等优点，是近年来发展起来的一种用途广泛、性能优异的新型轻质材料。利用空心玻璃微珠质轻、中空的特点,对其进行表面改性处理,能够得到具有特殊性能(如吸波、反光和催化等)的新材料。但现有改性方法的空心玻璃微珠不具有磁性和光催化活性，存在着纳米颗粒与空心玻璃微珠结合牢度较差的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提出一种改性后的空心玻璃微珠具有磁性和光催化活性，纳米颗粒与空心玻璃微珠结合牢度较好，原材料节约，操作简便的制备具有磁性光催化活性空心玻璃微珠改性的方法。

为解决上述技术问题，本发明一种制备具有磁性光催化活性空心玻璃微珠改性的方法包括如下工艺步骤：Ⅰ.先采用水热法对空心玻璃微珠包覆磁性纳米四氧化三铁薄膜；Ⅱ.再在空心玻璃微珠的磁性纳米四氧化三铁薄膜外包覆锐钛矿型纳米二氧化钛薄膜；Ⅲ.最后对包覆了磁性纳米四氧化三铁薄膜和锐钛矿型纳米二氧化钛薄膜的空心玻璃微珠进行银离子修饰改性。

上述一种制备具有磁性光催化活性空心玻璃微珠的方法，在采用水热法对空心玻璃微珠包覆磁性纳米四氧化三铁薄膜前，先对空心玻璃微珠进行预处理。

上述一种制备具有磁性光催化活性空心玻璃微珠的方法，所述对空心玻璃微珠进行预处理的工艺过程包括去油和粗化两个程序。

上述一种制备具有磁性光催化活性空心玻璃微珠的方法，所述去油程序的工艺过程如下：称取氢氧化钠、碳酸钠和硅酸钠溶于去离子水中，得到除油液，所述氢氧化钠、碳酸钠和硅酸钠在所述除油液中的质量-体积浓度分别为40g/L、10g/L和5g/L；将所述除油液加热至80～100℃；称取空心玻璃微珠5～10g，加入1L所述除油液中，采用机械搅拌方法使空心微珠在除油液中充分分散，反应40～60min后过滤、水洗。

上述一种制备具有磁性光催化活性空心玻璃微珠的方法，所述粗化程序的工艺过程如下：将上步得到的去油后的空心玻璃微珠浸泡在质量浓度1～3%、体积1L的氢氟酸溶液中，在40～60℃条件下反应1～2h，过滤后分别用丙酮、无水乙醇和去离子水洗涤，80℃条件下干燥1～2h。

上述一种制备具有磁性光催化活性空心玻璃微珠的方法，所述步骤Ⅰ的工艺过程如下：按照总铁浓度为0.05～0.15mol/L，硫酸亚铁与硝酸铁质量比为Fe²⁺：Fe³⁺=1：2～3：2称取硫酸亚铁和硝酸铁，用去离子水溶解得到二价铁和三价铁的混合溶液，添加质量浓度为15～30g/L的氢氧化钠，质量浓度为20～40g/L的乙二醇，质量浓度为10～20g/L的聚乙烯吡咯烷酮，按照体积比4：1～1：4添加无水乙醇溶液，添加空心玻璃微珠，随后转入至高压反应缸中，密封后在120～160℃条件下，保温处理4～8h，待反应完成后过滤出空心微珠，分别用无水乙醇和去离子水进行洗涤，60℃条件下真空干燥1～2h。