含稀土氧化物多功能核殼材料及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種含稀土氧化物多功能核殼材料的制備方法，是以鈰源、聚乙烯吡咯烷酮、一縮二乙二醇、去離子水、無水乙醇、十六烷基三甲基溴化銨、氨水、酚類化合物、醛類化合物等為原料，合成外部包覆酚醛樹脂有機(jī)層的球狀二氧化鈰，使用處理劑對其進(jìn)行處理后，以正硅酸乙酯為硅源在外層包覆SiO

Multifunctional nuclear shell material containing rare earth oxide and preparation method thereof

The invention discloses a functional core-shell materials containing rare earth oxides preparation method with cerium source, polyvinylpyrrolidone, diethylene glycol, deionized water, ethanol, sixteen alkyl three methyl bromide, ammonia, phenols, aldehydes and other compounds as raw materials, two spherical cerium oxide the synthesis of phenolic resin is coated on the outside of the organic layer, using the processing agent for the treatment, using TEOS as silica source in outer coating SiO

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
含稀土氧化物多功能核殼材料及其制備方法
本專利技術(shù)屬多功能材料制備及應(yīng)用的
，具體為一種含稀土氧化物多功能核殼材料及制備方法。
技術(shù)介紹
近年來，納米材料研發(fā)的熱點(diǎn)問題集中在通過對形貌的調(diào)控從而達(dá)到預(yù)期效果，其中核殼型結(jié)構(gòu)因可調(diào)變的物化性能和高效作用機(jī)制已引起研究人員的廣泛關(guān)注。核與殼材料的優(yōu)勢互補(bǔ)及協(xié)同作用賦予了核殼結(jié)構(gòu)優(yōu)越的性能，使其在納米反應(yīng)器、藥物傳輸、基因傳遞、鋰離子電池、生物傳感器等領(lǐng)域存在巨大的潛在應(yīng)用。稀土元素因其獨(dú)特的電子構(gòu)型，使其化合物在電、光、磁、力學(xué)等方面具有特殊的性能，可以衍生出許多不同功能的新材料。其中，納米CeO2作為一種高附加值的稀土深加工產(chǎn)品，具有許多新性質(zhì)、新用途，已廣泛應(yīng)用于陶瓷、發(fā)光材料、催化劑、燃料電池和拋光等領(lǐng)域。ConcettaRuocco等將納米CeO2負(fù)載于SiO2制備成的CeO2/SiO2復(fù)合載體，表現(xiàn)出良好的催化性能。然而，納米CeO2的流失以及作用不充分，使得催化劑的利用和壽命受到一定的限制。將CeO2包裹于SiO2殼層內(nèi)，制備具有空心夾層的核殼結(jié)構(gòu)，既彌補(bǔ)了CeO2/SiO2復(fù)合載體的不足，提高了不同組分的功能化應(yīng)用，同時又增強(qiáng)了組分間的協(xié)同機(jī)制。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種含稀土氧化物多功能核殼材料及其制備方法。本專利技術(shù)是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種含稀土氧化物多功能核殼材料，由內(nèi)核球二氧化鈰及SiO2殼結(jié)構(gòu)組成，其中內(nèi)核二氧化鈰占核殼材料的35~40wt%，外層SiO2殼結(jié)構(gòu)占核殼材料的60~65wt%。核殼材料的性質(zhì)如下：粒徑350~550nm，外層SiO2殼結(jié)構(gòu)厚度80~120nm，產(chǎn)物純度達(dá)到99.9%。上述核殼材料以鈰源、聚乙烯吡咯烷酮、去離子水、一縮二乙二醇等為原料，先制備球狀二氧化鈰，再以球狀二氧化鈰、去離子水、無水乙醇、十六烷基三甲基溴化銨、氨水、酚類化合物、醛類化合物等為原料，在球狀二氧化鈰外部包覆酚醛樹脂有機(jī)層，使用處理劑對包裹酚醛樹脂層的球狀二氧化鈰進(jìn)行處理后，以正硅酸乙酯為硅源在外層包覆SiO2，高溫去除有機(jī)層，以提供一種具備空心夾層結(jié)構(gòu)的核殼材料。核殼材料的制備方法具體包括以下步驟：（1）、按照去離子水:一縮二乙二醇:鈰源:聚乙烯吡咯烷酮=2.7~6.7:2.9~3.7:0.027~0.041:0.0008~0.0013摩爾配比，將鈰源和聚乙烯吡咯烷酮加入去離子水和一縮二乙二醇的混合液中，強(qiáng)力攪拌3h，裝入反應(yīng)釜中，于150~200℃下反應(yīng)15~20h，產(chǎn)物經(jīng)去離子水洗滌、過濾、烘干，得到球狀二氧化鈰。（2）、按照球狀二氧化鈰:去離子水:無水乙醇:十六烷基三甲基溴化銨:F127（普朗尼克F-127）:氨水:酚類化合物:醛類化合物=0.007~0.012:13~18:1.3~1.8:0.002~0.005:0.01~0.035:0.02~0.04:0.02~0.05:0.07~0.13的摩爾配比，將球狀二氧化鈰、十六烷基三甲基溴化銨和F127加入去離子水和無水乙醇的混合溶劑中，超聲分散30min，室溫攪拌6h，形成混合溶液，向混合溶液中加入氨水，在35~40℃強(qiáng)力攪拌15~30min，向溶液中加入酚類化合物，高速攪拌5~10min，再向溶液中緩慢滴加醛類化合物，密封，32~36℃下攪拌18~24h，裝入反應(yīng)釜中，于130~150℃下反應(yīng)18~24h，產(chǎn)物經(jīng)去離子水和乙醇洗滌、過濾、烘干，得到外層包裹酚醛樹脂層的球狀二氧化鈰。（3）、將包裹酚醛樹脂層的球狀二氧化鈰浸入聚二烯丙基二甲基氯化銨溶液中充分作用，固液分離、干燥，得到預(yù)處理的包裹酚醛樹脂層的球狀二氧化鈰。（4）、按照預(yù)處理的包裹酚醛樹脂層的球狀二氧化鈰:去離子水:無水乙醇:十六烷基三甲基溴化銨:氨水:正硅酸乙酯=0.05~0.1:22~25:11~13:0.07~0.12:0.15~0.35:0.1~0.18的質(zhì)量比，將預(yù)處理的包裹酚醛樹脂層的球狀二氧化鈰和十六烷基三甲基溴化銨加入去離子水和無水乙醇的混合溶劑中，超聲分散30min，室溫攪拌1~3h，形成混合溶液，向混合溶液中加入氨水，室溫強(qiáng)力攪拌15~30min，再向溶液中逐滴加入正硅酸乙酯，密封，室溫下攪拌4~6h，固液分離、去離子水洗滌，干燥，形成固體粉末，在450~650℃下焙燒去除夾層酚醛樹脂層，得到具有空心夾層的核殼材料。上述制備方法中，所述鈰源為硝酸鈰或氯化鈰；所述酚類化合物為對苯二酚、苯酚或者間苯二酚；所述醛類化合物為甲醛、乙醛或者苯甲醛。本專利技術(shù)采用酚醛樹脂聚合作用在二氧化鈰納米球外表面進(jìn)行包覆，形成核殼結(jié)構(gòu)球狀二氧化硅，通過靜電吸附晶種，合成出具有空心夾層的核殼材料。制備方法以鈰源、聚乙烯吡咯烷酮、去離子水、一縮二乙二醇、無水乙醇、十六烷基三甲基溴化銨、F127、氨水、醛類化合物、酚類化合物、正硅酸乙酯等為原料，聚二烯丙基二甲基氯化銨為處理劑，先合成球狀二氧化鈰，在外部包覆酚醛樹脂層，使用處理劑對包裹酚醛樹脂層的球狀二氧化鈰進(jìn)行處理后，再進(jìn)行包覆SiO2層，通過焙燒去除夾層酚醛樹脂層，得到具有空心夾層結(jié)構(gòu)的核殼材料。本專利技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、該制備方法的優(yōu)勢在于可以通過改變有機(jī)層厚度、正硅酸乙酯的量，從而實(shí)現(xiàn)對核殼材料的微球粒徑、外層厚度的可變調(diào)控。2、該制備方法工藝簡單，制備的核殼材料直徑350~550nm，晶粒外部納米晶粒包裹緊密，產(chǎn)物包裹度達(dá)97％，產(chǎn)物純度達(dá)99.9％。3、該制備方法制備的核殼材料可與多種化學(xué)物質(zhì)匹配作為催化劑使用，是十分理想的空心夾層核殼材料。附圖說明圖1為本專利技術(shù)實(shí)施例1所合成的核殼材料的XRD譜圖。圖2為本專利技術(shù)實(shí)施例1所合成的核殼材料的TEM圖。圖3為本專利技術(shù)實(shí)施例5所合成的核殼材料的TEM圖。圖4為本專利技術(shù)實(shí)施例6所合成的核殼材料的氮?dú)馕?脫附譜圖。圖5為本專利技術(shù)實(shí)施例6所合成的核殼材料由BJH算法得到的孔徑分布曲線圖。具體實(shí)施方式下面對本專利技術(shù)的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。核殼材料由內(nèi)核球狀二氧化鈰，以及隔離一定中空結(jié)構(gòu)包裹在所述內(nèi)核材料外層的SiO2殼結(jié)構(gòu)組成，其中內(nèi)核二氧化鈰占核殼材料的35~40wt%，外層SiO2殼結(jié)構(gòu)占核殼材料的60~65wt%。實(shí)施例1取去離子水80mL，一縮二乙二醇300mL，硝酸鈰15g，聚乙烯吡咯烷酮10g，一起加入聚四氟乙烯容器中，室溫攪拌3h，形成透明溶液；將裝有混合透明溶液的聚四氟乙烯容器放入不銹鋼反應(yīng)釜中，密閉，置于恒溫箱中，加熱至150℃靜態(tài)晶化20h；取出反應(yīng)釜，置于淬冷槽內(nèi)10℃的去離子水中快速冷卻至20℃，洗滌2次，過濾，置于真空干燥箱中，80℃干燥12h，得到淺黃色球狀二氧化鈰固體粉末3g。稱取淺黃色球狀二氧化鈰固體粉末2g，十六烷基三甲基溴化銨1.5g，F(xiàn)1273.5g，無水乙醇100mL，去離子水320mL，一起加入至燒杯中，置于超聲波分散儀內(nèi)進(jìn)行溶解分散，頻率59KHz，分散時間30min，室溫攪拌6h；量取氨水1.5mL，加入混合溶液中，35℃恒溫攪拌30min；稱取間苯二酚4g，加入混合溶液中，35℃下強(qiáng)力攪拌30min；量取甲醛4.5mL，緩慢滴加至混合溶液中，密封，35℃恒溫攪拌20h，裝入反應(yīng)釜中，于150℃下反應(yīng)20h，產(chǎn)物經(jīng)去離子水和乙醇洗滌、過濾、烘干，得到外層包裹酚醛樹脂層的球狀二氧本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種含稀土氧化物多功能核殼材料，其特征在于：由內(nèi)核球二氧化鈰及SiO

【技術(shù)特征摘要】
1.一種含稀土氧化物多功能核殼材料，其特征在于：由內(nèi)核球二氧化鈰及SiO2殼結(jié)構(gòu)組成，其中內(nèi)核二氧化鈰占核殼材料的35~40wt%，外層SiO2殼結(jié)構(gòu)占核殼材料的60~65wt%。2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的含稀土氧化物多功能核殼材料，其特征在于：核殼材料的晶粒直徑為350~550nm。3.根據(jù)權(quán)利要求2所說的含稀土氧化物多功能核殼材料，其特征在于：外層SiO2殼結(jié)構(gòu)厚度80~120nm。4.一種含稀土氧化物多功能核殼材料的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：（1）、將鈰源和聚乙烯吡咯烷酮加入去離子水和一縮二乙二醇的混合液中，強(qiáng)力攪拌后，裝入反應(yīng)釜中，于150~200℃下反應(yīng)15~20h，產(chǎn)物經(jīng)去離子水洗滌、過濾、烘干，得到球狀二氧化鈰；（2）、將球狀二氧化鈰、十六烷基三甲基溴化銨和F127加入去離子水和無水乙醇的混合溶劑中，超聲分散并室溫攪拌后，形成混合溶液，向混合溶液中加入氨水，在35~40℃強(qiáng)力攪拌，向溶液中加入酚類化合物，高速攪拌，再向溶液中緩慢滴加醛類化合物，密封，32~36℃下攪拌18~24h，裝入反應(yīng)釜中，于130~150℃下反應(yīng)18~24h，產(chǎn)物經(jīng)去離子水和乙醇洗滌、過濾、烘干，得到外層包裹酚醛樹脂層的球狀二氧化鈰；（3）、將包裹酚醛樹脂層的球狀二氧化鈰浸入聚二烯丙基二甲基氯化銨溶液中充分作用，固液分離、干燥，得到預(yù)處理的包裹酚醛樹脂層的球狀二氧化鈰；（4）、將預(yù)處理的包裹酚醛樹脂層的球狀二氧化鈰和十六烷基三甲基溴化銨加入去離子水和無水乙醇的混合溶劑中，超聲分散，并室溫攪拌，形成混合溶液，向混合溶液中加入氨水，室溫強(qiáng)力攪拌，再向溶液中...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：謝鮮梅，孫晨，鄭子良，王詩瑤，吳旭，安霞，
申請(專利權(quán))人：太原理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：山西,14