[发明专利]一种金属掺杂的空心二氧化硅微球及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种金属掺杂的空心二氧化硅微球，其特征在于：所述的二氧化硅微球为空心、介孔结构，其外壳掺杂有金属离子Mn²⁺、Cu²⁺以及Ce³⁺；

所述金属掺杂的空心二氧化硅微球的制备方法，包括以下步骤：

（1）配置Triton X-100、环已烷、正已醇及水的反相微乳液体系，以600~800 rpm的转速搅拌处理；

（2）向反相微乳液体系中加入3-氨丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液以及正硅酸四乙酯，以600~800 rpm的转速搅拌处理；随后再加入浓氨水反应，以150~250 rpm的转速搅拌处理，得到未掺杂二氧化硅微球；

（3）将未掺杂二氧化硅微球加入到含有Mn、Cu以及Ce的无机盐的混合溶液中，随后进行水热处理，得到金属掺杂二氧化硅微球；

（4）将金属掺杂二氧化硅微球进行水浴处理，得到金属掺杂的空心二氧化硅微球。

2.根据权利要求1所述的金属掺杂的空心二氧化硅微球，其特征在于：所述步骤（1）中，将Triton X-100、环已烷、正已醇和水混合后，以600~800 rpm的转速搅拌1.5~3 h。

3.根据权利要求2所述的金属掺杂的空心二氧化硅微球，其特征在于：所述步骤（2）中，向反相微乳液体系中加入3-氨丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液以及正硅酸四乙酯后，以600~800rpm的转速搅拌3~5 h，然后再加入浓氨水以150~250 rpm的转速搅拌10~15 h。

4.根据权利要求1~3任一所述的金属掺杂的空心二氧化硅微球，其特征在于：所述步骤（4）中，水浴处理的温度为25~35℃，处理时间为1~2 h。

5.根据权利要求4所述的金属掺杂的空心二氧化硅微球，其特征在于：Triton X-100、环已烷、正已醇、水、3-氨丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液、正硅酸四乙酯以及浓氨水的体积比为125：30：5：(5~15)：(1~5)：0.25：2.5；所述3-氨丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液的浓度为0.5~1 μmol/L。

6.根据权利要求4所述的金属掺杂的空心二氧化硅微球，其特征在于：所述步骤（3）中，含有Mn、Cu以及Ce的无机盐的混合溶液中Mn²⁺：Cu²⁺：Ce³⁺的摩尔比为5：2：(2~10)；以无机盐的混合溶液的体积为基准，所述未掺杂二氧化硅微球的添加质量浓度为2~5‰ g/mL。

7.根据权利要求4所述的金属掺杂的空心二氧化硅微球，其特征在于：所述步骤（3）中，将未掺杂二氧化硅微球经醇洗处理后，加入到含有Mn、Cu以及Ce的无机盐的混合溶液中，超声处理15~30 min，随后于180℃条件下进行水热处理，得到金属掺杂二氧化硅微球。

8.一种如权利要求1~7任一所述的金属掺杂的空心二氧化硅微球的应用，其特征在于：将其直接应用为臭氧催化氧化催化剂，用来进行污水的催化氧化处理。

9.一种如权利要求1~7任一所述的金属掺杂的空心二氧化硅微球的应用，其特征在于：将金属掺杂的空心二氧化硅微球与粘合剂混匀后，再加入强度剂混匀，利用催化剂成型机于600~800℃下活化4~8 h，制备得到臭氧催化氧化催化剂；

所述粘合剂为氧化铝质量分数1~10%的铝溶胶，强度剂为质量分数1~3%的硼酸溶液；

所述金属掺杂的空心二氧化硅微球与粘合剂的质量比为2~5%，所述金属掺杂的空心二氧化硅微球与强度剂的质量比为2~6‰。