[发明专利]等离子体技术处理合成核壳结构复合分子筛材料的方法

说明书

本发明通过单独对核体分子筛材料进行等离子体处理，或分别对核体分子筛材料、以及核体与壳体分子筛材料前驱体的混合液进行双重等离子体处理，既在核体分子筛材料表面产生反应活性位点，又在壳体分子筛前驱液中产生自由基，加速壳体分子筛材料晶体的成核和生长，形成核壳结构复合分子筛。这种等离子体处理技术有效缩短了合成时间，仅为常规核壳结构复合分子筛材料合成时间的1/5至1/10。

技术领域

本方法涉及等离子处理的方法，快速合成具有核壳结构的复合分子筛材料。

背景技术

核壳结构的复合材料是以一个尺寸在微米至纳米级别的颗粒为核，在其表面包覆一层或数层均匀的纳米壳层而形成的一种复合多相结构，核和壳之间通过物理或者化学作用相互连接，通常具有物理化学性质，在吸附、催化、电学、磁学、生物等领域具有潜在的应用价值，因此成为近几年来纳米材料领域的研究热点。如2014年江龙申请的《一种核壳结构材料及其制备方法与应用》(CN103521753A)制备了以二氧化硅为核，金为壳的核壳复合材料SiO2@AuNPs，该材料与细胞共培养，在一定程度上促进了细胞的生长。2015年王晓亮申请的《一种具有间隙的硅石墨烯核壳体分子筛材料及其制备》(CN105226249A)提出了以硅颗粒为核，石墨烯为壳制备核壳型复合材料，作为锂离子电池负极材料，使得所制备的锂离子电池具备优秀的循环稳定系性能。通常合成核壳复合材料的方法是基于两步晶化法，如2003年申宝剑申请的《一种核壳分子筛的合成方法》(CN1393400A)提出了以硅酸酯为硅源、硫酸铝为铝源，晶化8-72小时得到一种核壳结构的中微孔复合分子筛材料。但是，众所周知，通常形成规整的核壳结构材料耗时且难以控制，因此，加快合成速度，形成规整的核壳体分子筛材料是关键。

发明内容

本发明通过对核体分子筛材料进行等离子体处理，使其表面能提高并使表面反应活性位点增加，在晶化的过程中与壳体分子筛材料的前驱液发生反应形成晶核、结晶生长、层层包裹，形成核壳结构复合分子筛。

本发明通过分别对核体分子筛材料、以及核体与壳体分子筛材料前驱体的混合液进行双重等离子体处理，既在核体分子筛材料表面产生反应活性位点，又在壳体分子筛前驱液中产生自由基，加速壳体分子筛材料晶体的成核和生长，形成核壳结构复合分子筛。

本发明采用常温常压下介质阻挡放电的方式，在氧气气氛下分别对核体分子筛材料、以及(或者)核体分子筛材料与壳体分子筛材料前驱体的混合液进行等离子体处理，其输出功率控制在80-110瓦，处理时间为10-30分钟。交流电源幅值为30-50千伏，频率为5-20千赫兹。

本发明所述核壳结构复合分子筛，其核体材料可以是但不限于13X，β，ZSM-5，5A等分子筛，壳体材料可以是但不限于NaA，SBA-15，MCM-41分子筛等。

本发明所述的核壳结构复合分子筛材料包括(但不仅限于)13X@NaA，13X@SBA-15，β@MCM-41，β@SBA-15，ZSM-5@MCM-41，ZSM-5@SBA-15，5A@SBA-15等。

本发明通过等离子体处理，增加了核体分子筛材料表面的反应活性，并在母液中产生了自由基，加快了壳层材料的晶体成核和生长，有效缩短了合成时间，仅为常规核壳结构复合分子筛材料合成时间的1/5至1/10。

附图说明

图1为等离子体处理合成核壳结构复合材料的过程示意图

图2为未经等离子体处理，晶化后13X@NaA-N的XRD图

图3为等离子体对13X粉末处理，晶化后13X@NaA-P的XRD图

图4为等离子体分别对13X粉末以及13X和NaA前驱体混合液处理，晶化后13X@NaA-S的XRD图

图5为等离子体处理，晶化后13X@SBA-15的XRD图