CN111097522B - 一种可控缓释催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种可控缓释催化剂的制备方法,尤其是以溶解为触发条件的可控缓释催化剂,属于新材料及化学领域。本发明采用水溶性聚乙烯醇s‑PVA包覆纳米铁氧化物粒子FexOy,制备壳核结构粒子FexOy@s‑PVA催化剂,具有以溶解为触发条件的可控缓释特征。本发明涉及的制备技术具有操作便捷、成本较低、制备的壳核结构催化剂复合材料具有显著的可控缓释效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种可控缓释催化剂的制备方法,尤其是以溶解为触发条件的可控缓释催化剂,属于新材料及化学领域。
背景技术
作为铁氧化物家族的主要成员,三氧化二铁及四氧化三铁被广泛用作各类反应的催化剂。其中,三氧化二铁可被视为半导体用作光催化剂用于有机物的降解。纳米四氧化三铁具有仿生酶催化的性质,可以活化双氧水氧化底物。另外,三氧化二铁及四氧化三铁也被用于Fenton、类Fenton等体系的反应。同时,还可以利用四氧化三铁的磁性,实现药物或传感器的负载、靶向运输及回收等作用。对于药物释放、环境可降解材料等领域的应用,要求铁氧化物不能立即发挥作用,而是在指定的时间之后,通过如光照、电场、溶解等外部条件的刺激,才能起到作用。这就需要开发一种具有缓释效果的铁氧化物催化剂,以便控制作用时间,达到更好的作用。
水溶性聚乙烯醇(s-PVA)具有良好的机械性能、耐光性及耐酸碱性,对人体和环境无毒无害,可通过调节其聚合度及醇解度改变其溶解速度,是理想的缓释壳层材料。本发明采用水溶性聚乙烯醇(s-PVA)包覆纳米铁氧化物粒子制备的FexOy@s-PVA壳核结构粒子作为催化剂,使其具有以溶解为触发条件的可控缓释特征。
发明内容
本发明的目的是克服现有铁氧化物催化剂立即参与反应,不能起到缓释催化的作用的不足,提供一种可控缓释催化剂的制备方法,制备的FexOy@s-PVA壳核结构缓释催化剂,其s-PVA壳层厚度可控制在3~60nm范围内,溶解速度在18小时~120天的范围内可任意调节。
本发明的技术方案,一种可控缓释催化剂的制备方法,采用水溶性聚乙烯醇s-PVA包覆纳米铁氧化物粒子FexOy,制备壳核结构粒子FexOy@s-PVA催化剂,具有以溶解为触发条件的可控缓释特征。
进一步地,按重量份计,步骤如下:
(1)s-PVA水溶液的制备:将5~50份的水溶性聚乙烯醇s-PVA溶解于500份水中,使其充分溶解,制成质量分数1%~10%的s-PVA水溶液;
(2)包覆:在步骤(1)中继续加入2.5~10份的纳米铁氧化物粒子和0.05~0.15份的表面活性剂,300~3000r/min的转速搅拌3~9小时,得到悬浮液;
(3)后处理:过滤,依次用水和乙醇反复洗涤,随后过滤干燥;
(4)重复:在步骤(3)所得物料中加入相同重量份、步骤(1)配置的s-PVA水溶液和步骤(2)所述表面活性剂;随后按照步骤(2)的参数进行搅拌、步骤(3)进行后处理,重复上述操作若干次,得到FexOy@s-PVA壳核结构的可控缓释催化剂。
进一步地,所述水溶性聚乙烯醇s-PVA具体为醇解度75%~99%,聚合度1700~2400的水溶性聚乙烯醇。
进一步地,步骤(4)所述重复的包覆次数为1~8次。
进一步地,制备得到的可控缓释催化剂的s-PVA壳层厚度控制在3~60nm范围内,溶解速度在18小时~15天的范围内任意调节。
进一步地,通过调节s-PVA的醇解度和聚合度控制s-PVA壳层的溶解速度。
本发明的有益效果:本发明涉及的制备技术具有操作便捷、成本较低、制备的壳核结构催化剂复合材料具有显著的可控缓释效果。
附图说明
图1是实施例1 Fe3O4@s-PVA壳核结构催化剂TEM图(10nm)。
图2是实施例1 Fe3O4@s-PVA壳核结构催化剂DLS粒径分布图。
图3是实施例2 Fe2O3@s-PVA壳核结构催化剂TEM图(50nm)。
图4是实施例3 Fe2O3, Fe3O4@s-PVA壳核结构催化剂TEM图(50nm)。
图5是实施例4 Fe3O4@s-PVA壳核结构催化剂TEM图(50nm)。
具体实施方式
实施例1Fe3O4@s-PVA壳核结构催化剂的制备
将5重量份的s-PVA溶解于500ml的水中,使其充分溶解,制成质量分数1%的s-PVA水溶液;随后加入10重量份的平均粒径为30nm的Fe3O4粒子,0.05重量份的表面活性剂,机械搅拌,搅拌速率600r/min,搅拌时间3小时。将制得的悬浮液过滤,依次用水-乙醇反复洗涤,过滤干燥,得到Fe3O4@s-PVA壳核结构催化剂。
依照本实施例制备的Fe3O4@s-PVA壳核结构催化剂,壳层厚度为3~5nm范围内,溶解速度在18小时~1天。
本实施例制备得到的Fe3O4@s-PVA壳核结构催化剂TEM图(50nm)如图1所示,DLS粒径分布图如图2所示。
虽然在TEM图中显示可和结构催化剂粒径在几十纳米左右,但因为铁氧化物自身的强磁性,是催化剂例子容易发生团聚,致使DLS(动态光散射粒径分布)测试中显示的粒子粒径在几百纳米。
实施例2 Fe2O3@s-PVA壳核结构催化剂的制备
将25重量份的s-PVA溶解于500ml的水中,使其充分溶解,制成质量分数5%的s-PVA水溶液;随后加入5重量份的平均粒径为50nm的Fe2O3粒子,0.10重量份的表面活性剂,机械搅拌,搅拌速率300r/min,搅拌时间6小时。将制得的悬浮液过滤,依次用水-乙醇反复洗涤,过滤干燥,得到Fe2O3@s-PVA壳核结构催化剂。
依照本实施例制备的Fe2O3@s-PVA壳核结构催化剂,壳层厚度为5-8nm范围内,溶解速度在2~4天。
本实施例制备得到的Fe2O3@s-PVA壳核结构催化剂TEM图(10nm)如图3所示。
实施例3 Fe2O3, Fe3O4@s-PVA壳核结构催化剂的制备
将50重量份的s-PVA溶解于500ml的水中,使其充分溶解,制成质量分数10%的s-PVA水溶液;随后加入8重量份的粒径为30nm的Fe2O3和Fe3O4粒子,0.15重量份的表面活性剂,机械搅拌,搅拌速率2000r/min,搅拌时间9小时。将制得的悬浮液过滤,依次用水-乙醇反复洗涤,过滤干燥,得到Fe2O3, Fe3O4@s-PVA壳核结构催化剂。
依照本实施例制备的Fe2O3, Fe3O4@s-PVA壳核结构催化剂,壳层厚度为10~15nm范围内,溶解速度在5~7天。
本实施例制备得到的Fe2O3, Fe3O4@s-PVA壳核结构催化剂的TEM图(50nm)如图4所示。
实施例4Fe3O4@s-PVA壳核结构催化剂的制备
将50重量份的s-PVA溶解于500ml的水中,使其充分溶解,制成质量分数10%的s-PVA水溶液;随后加入8重量份的粒径为30nm的铁氧化物粒子,0.15重量份的表面活性剂,机械搅拌,搅拌速率1200r/min,搅拌时间9小时。将制得的悬浮液过滤,依次用水-乙醇反复洗涤,过滤干燥;
将30重量份上述干燥后的物料加入500ml上述质量分数10%的s-PVA水溶液中,加入0.15重量份的表面活性剂,机械搅拌,搅拌速率1200r/min,搅拌时间9小时。将制得的悬浮液过滤,依次用水-乙醇反复洗涤,过滤干燥。依次重复此包覆过程4次,制备得到Fe3O4@s-PVA壳核结构催化剂。
依照本实施例制备的Fe3O4@s-PVA壳核结构催化剂,壳层厚度为30~45nm范围内,溶解速度在10~15天。
本实施例制备得到的Fe3O4@s-PVA壳核结构催化剂TEM图(50nm)如图5所示。
Claims (2)
1.一种可控缓释催化剂的制备方法,其特征是:采用水溶性聚乙烯醇s-PVA包覆纳米铁氧化物粒子FexOy,制备壳核结构粒子FexOy@s-PVA催化剂,具有以溶解为触发条件的可控缓释特征;
按重量份计,步骤如下:
(1)s-PVA水溶液的制备:将5~50份的水溶性聚乙烯醇s-PVA溶解于500份水中,使其充分溶解,制成质量分数1%~10%的s-PVA水溶液;
(2)包覆:在步骤(1)中继续加入2.5~10份的纳米铁氧化物粒子和0.05~0.15份的表面活性剂,300~3000r/min的转速搅拌3~9小时,得到悬浮液;
(3)后处理:过滤,依次用水和乙醇反复洗涤,随后过滤干燥;
(4)重复:在步骤(3)所得物料中加入相同重量份、步骤(1)配置的s-PVA水溶液和步骤(2)所述表面活性剂;随后按照步骤(2)的参数进行搅拌、步骤(3)进行后处理,重复上述操作若干次,得到FexOy@s-PVA壳核结构的可控缓释催化剂;
步骤(4)所述重复的包覆次数为1~8次;
制备得到的可控缓释催化剂的s-PVA壳层厚度控制在3~60nm范围内,溶解速度在18小时~15天的范围内任意调节;通过调节s-PVA的醇解度和聚合度控制s-PVA壳层的溶解速度。
2.如权利要求1所述可控缓释催化剂的制备方法,其特征是:所述水溶性聚乙烯醇s-PVA具体为醇解度75%~99%,聚合度1700~2400的水溶性聚乙烯醇。
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