[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

说明书

本发明公开了一种金属掺杂的空心二氧化硅微球及其制备方法与应用，属于材料制备技术领域。首先，采用反相微乳液法制备得到未掺杂二氧化硅微球；然后，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；最后，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。本发明通过调节原料添加顺序及控制合成条件，保证得到骨架牢固且粒度均一的金属掺杂的空心二氧化硅微球。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，更具体地说，涉及一种金属掺杂的空心二氧化硅微球及其制备方法与应用。

背景技术

臭氧在水处理方面具有处理效率高、氧化彻底且无二次污染等优点，在处理工业废水中已得到了广泛关注。单一臭氧氧化废水，臭氧利用率低，处理效果有限，而臭氧催化氧化技术可显著提高臭氧利用率及废水处理效果，是一种高效绿色的污水处理技术，近年来臭氧催化氧化成为工业污水处理领域的研究热点。加入催化剂，使臭氧氧化的条件不再趋于严格，且能加快臭氧分解，提高有机物分解效率，从而使得废水处理的成本得到实质性的降低。

现有的臭氧催化剂主要分为均相催化剂和非均相催化剂，均相催化剂难以回收，金属离子易引入二次污染，同时造成资源的浪费，限制了其实际应用；非均相催化剂由于是以固体形式存在，因此不存在催化剂的分离回收问题，具有很高的应用价值，非均相臭氧催化氧化过程为气液固三相反应，其臭氧利用率及氧化效率受传质影响较大，因此提高气液固的传质效率可有效提高非均相臭氧催氧化的氧化效率。

纳米材料在催化和环境保护等方面有着重要的应用，以传统表面活性剂微乳液为模板制备纳米材料的研究越来越多。二氧化硅颗粒是纳米材料中重要的一员，在电子封装材料、高分子复合材料、陶瓷工业中有广泛应用，并为橡胶、塑料、粘合剂、涂料等行业产品提高档次创造了机会，其大小、粒径分布及形貌特征也可能会对其理化性质产生影响，进而有可能影响其应用效应。因此，开展二氧化硅纳米颗粒尺寸可控性制备研究对于拓展二氧化硅纳米颗粒在光、电、环境保护及生物医药领域的应用具有非常重要的意义。其中，受控合成方法(如在微乳液系统中)制备的纳米粒子粒度均一越来越激起人们的兴趣。比如何晓晓等人(何晓晓，石碧华，王柯敏，陈冕，谭蔚泓.基于反相微乳液法的尺寸可控性二氧化硅纳米颗粒制备研究[J].湖南大学学报.2010(4)：62-66)就曾开展了基于反相微乳液法的尺寸可控性二氧化硅纳米颗粒制备研究，结果表明，通过改变微乳液体系中上述某一组分的量，可以在一定程度上实现二氧化硅纳米颗粒的尺寸可控性合成。

核壳结构的二氧化硅，具有较大的表面积、孔径均匀和独特的孔腔分布空间，同样适用于臭氧催化剂，但其制备的纳米粒子粒度均一会影响有机物分子、催化剂活性位点及臭氧分子之间的有效碰撞几率，进而影响臭氧催化氧化效率。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有空心二氧化硅微球制备过程中易坍塌，粒度不均一的问题，本发明提供一种粒度均一的金属掺杂的空心二氧化硅微球及其制备方法，通过调节原料添加顺序及控制合成条件，保证得到骨架牢固且粒度均一的金属掺杂的空心二氧化硅微球；

针对现有臭氧非均相催化剂催化效率不高的问题，本发明提供一种微纳米尺寸的金属掺杂的空心二氧化硅微球，在其限域空腔内可提高有机物分子、催化剂活性位点及臭氧分子之间的有效碰撞几率，从而大大提高臭氧催化氧化效率。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

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结构，其外壳掺杂有金属Mn、Cu以及Ce。

一种金属掺杂的空心二氧化硅微球的制备方法，其特征在于：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；