CN103285792B - 一种有序介孔有机硅磁球Fe3O4PMO材料的制备方法 - Google Patents

一种有序介孔有机硅磁球Fe3O4PMO材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有序介孔有机硅磁球Fe3O4PMO材料的制备方法，其合成路线如下：将磁性四氧化三铁颗粒均匀分散在含有模板剂和碱的水溶液中，然后加热至80℃，然后滴加有机硅源，硅源在碱的作用下水解，在模板剂的作用下包裹在磁性四氧化三铁表面形成磁球，用有机溶剂回流除去模板剂，最终形成介孔核壳结构的Fe3O4PMO目标产物。本发明具有以下优点：(1)该材料表面附有大量的硅羟基，可以进一步修饰功能化的官能团，进而可以广泛应用于催化、污水处理等各个领域；(2)本发明合成的材料只需一个外加磁铁就可以达到回收的目的，方便快捷；（3）本发明所得磁性材料相对传统磁性材料分散更加均匀，合成路线简单方便。

Description

一种有序介孔有机硅磁球Fe3O4PMO材料的制备方法
技术领域
本发明涉及材料制备技术，具体涉及一种有序介孔有机硅磁球Fe3O4PMO材料的制备方法。
背景技术
磁性材料以其特殊的性质在生产生活、科研中应用极其的广泛，伴随着纳米技术的发展，将磁性与纳米技术进行结合研究引起大量科研人员的极大兴趣。由于磁性纳米材料能被外部磁场情况下所吸引，因而磁性纳米粒子被广泛的应用到磁流体、催化、生物医药技术、核磁共振成像技术、数据储存和环境整治等方面(A.H.Lu.,etal.,Angew.Chem.Int.Ed.2007,46:1222-1244;S.Shylesh.,etal.,Angew.Chem.Int.Ed.2010,49:3284-3459;L.Liu.,etal.,Small.2011,7:425-443.)。
自1992年首次发现有序纳米介孔材料以来(C.P.Casey.,etal.,J.Am.Chem.Soc.1992,114:10826-10834.)，这种材料特点独特：孔道均一、排列有序度高、孔径范围在2-50nm内可调控等优点，因而在电子信息、生物医药、环境、化学、能源等领域有着极其重要的研究和应用价值。其中有序介孔有机硅材料(PMO)由于其孔道的规整有机基团桥联而成，因而具有更加独特可调的物理和化学性质(B.Hatton.,etal.,Acc.Chem.Res.2005,38:305-312;F.Hoffmann.,etal.,Angew.Chem.Int.Ed.2006,45:3216-3251.)。
因而将磁性纳米材料和有序介孔有机硅材料相结合组成新的具有非常重要的意义和广泛的应用。然而据我们所知报道有序介孔有机硅Fe3O4PMO磁球材料的相对比较少且形貌相对比较差(L.Zhang.,etal.,Adv.Mater.2008,20:805-809.)。
鉴于此，设计和制备分散较好的有序介孔有机硅Fe3O4PMO磁球材料成为本发明需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有序介孔有机硅磁球Fe3O4PMO材料的制备方法，以获得一种具有良好分散性同时具有介孔核壳结构的磁性材料。
本发明的技术方案如下：
一种具有磁性的有序介孔有机硅磁球的合成方法，其合成路线如下：
将磁性四氧化三铁颗粒均匀分散在含有模板剂和碱的水溶液中，然后加热至80℃，然后滴加有机硅源，硅源在碱的作用下水解，在模板剂的作用下包裹在磁性四氧化三铁表面形成磁球，所得磁球洗涤干燥后用有机溶剂回流除去模板剂，得目标产物。
优选地，所述模版剂为表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)。
优选地，所述有机硅源为1,4-双(三乙氧基硅烷基)苯(BTEB)或者为1,2-双(三乙氧基硅硅基)乙烷(BTE)。
优选地，所述碱为氢氧化钠。
优选地，所述四氧化三铁与有机硅源的量控制在质量比约为1:11。
优选地，所述有机溶剂为丙酮，回流时间为12～24h。
本发明制备了新型的易修饰和易功能化的有序介孔有机硅(PMO)磁球Fe3O4PMO材料，该材料具有以下两个优点：(1)该材料表面附有大量的硅羟基，可以进一步修饰功能化的官能团，进而可以广泛应用于催化、污水处理等各个领域；(2)相对于传统的材料在应用后需要过滤或者离心才能分离而言，该材料只需一个外加磁铁就可以达到回收的目的，方便快捷。（3）本发明所得磁性材料相对传统磁性材料分散更加均匀，合成路线简单方便。
附图说明
图1为本发明实施例一制备的Fe3O4PMO磁球材料的扫描电镜(SEM)图。
图2为本发明实施例一制备的Fe3O4PMO磁球材料的透射电镜(TEM)图。
图3为本发明实施例二制备的Fe3O4PMO磁球材料的扫描电镜(SEM)图。
图4为本发明实施例三制备的Fe3O4PMO磁球材料的透射电镜(TEM)图。
图5为本发明实施例四制备的Fe3O4PMO磁球材料的扫描电镜(SEM)图。
图6为本发明实施例五制备的Fe3O4PMO磁球材料的透射电镜(TEM)图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本发明只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例一
（1）称取0.2gFe3O4100nm纳米颗粒放入1000mL三颈烧瓶中，加入600mL0.1M盐酸(HCl)溶液超声30min。磁铁回收，重复水洗3次除去残留盐酸。向三颈烧瓶中加入0.5g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、7mL0.5M氢氧化钠(NaOH)以及240mL水(H2O)，每间隔5min手动搅拌一次，超声30min。
（2）将步骤(1)中三颈烧瓶移至80℃油浴锅，480r/min机械搅拌10min使三颈烧瓶内溶液温度达到80℃。
（3）增大机械搅拌转速至600r/min，向三颈烧瓶中缓慢滴加2.16mL1,4-双(三乙氧基硅烷基)苯(BTEB)，反应继续机械搅拌2h。
（4）将步骤(3)得到的产物倒入500mL烧杯中，磁铁贴至烧杯，静置5min，倒掉反应溶液。重复用200mL水和乙醇6次洗涤，用来除去未包裹在Fe3O4颗粒上而自聚成球的BTEB，并且放在50℃真空干燥箱中干燥。
（5）将步骤(4)所得产品，重新放入1000mL三颈烧瓶中，加入500mL丙酮在80℃下回流24h，磁性分离干燥，重复此操作3次，用来完全除去CTAB，最终干燥产品即为目标化合物。
图1为本发明实施例一制备的Fe3O4PMO磁球材料的扫描电镜(SEM)图，由图1可见，所制备的Fe3O4PMO磁球材料分散相对比较均匀，直径大小约为400nm。
图2为本发明实施例一制备的Fe3O4PMO磁球材料的透射电镜(TEM)。由图2可见，所制备的Fe3O4PMO磁球材料包裹比较均匀，壁厚约为40nm。
实施例二
称取1.2gFe3O4替代实施例一步骤(1)中0.2gFe3O4，减小搅拌速度，其他条件不变。
图3为本发明实施例二制备的Fe3O4PMO磁球材料的扫描电镜(SEM)图，由图1可见，所制备的Fe3O4PMO磁球材料团聚相对厉害，直径大小不一，小的约为300nm，大的约为700nm。
图2为本发明实施例二制备的Fe3O4PMO磁球材料的透射电镜(TEM)。由图2可见，所制备的Fe3O4PMO磁球材料包裹四氧化三铁团聚的比较厉害，苯基硅源包裹的也无规则。
实施例三
用2.16mL1,2-双(三乙氧基硅硅基)乙烷(BTE)实施例一步骤(3)中的1,4-双(三乙氧基硅烷基)苯(BTEB)，其他条件不变
图5为本发明实施例三制备的Fe3O4PMO磁球材料的扫描电镜(SEM)图，由图3可见，所制备的Fe3O4PMO磁球材料分散相对比较均匀，直径大小约为450nm。
图6为本发明实施例三制备的Fe3O4PMO磁球材料的透射电镜(TEM)。由图2可见，所制备的Fe3O4PMO磁球材料包裹比较均匀，壁厚约为50nm。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的原理下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种有序介孔有机硅磁球Fe3O4PMO材料的制备方法，其特征在于，其合成路线如下：
将磁性四氧化三铁颗粒均匀分散在含有模板剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和碱的水溶液中，然后加热至80℃，然后滴加有机硅源，硅源在碱的作用下水解，在模板剂的作用下包裹在磁性四氧化三铁表面形成磁球，所得磁球洗涤干燥后用有机溶剂回流除去模板剂，最终形成介孔核壳结构的Fe3O4PMO目标产物；所述有机硅源为1,4-双(三乙氧基硅烷基)苯(BTEB)或者为1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷(BTE)；四氧化三铁与有机硅源的量控制在质量比约为1:11；所述碱为氢氧化钠；所述有机溶剂为丙酮，回流时间为12～24h。
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