[發(fā)明專利]一種核殼結(jié)構(gòu)顆粒材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510367421.2
• 申請(qǐng)日: 2015-06-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105036173B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙海波;徐祖?zhèn)?/a>;彭微薇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G3/02
• 分類號(hào): C01G3/02;C01G23/047;C01F7/02
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心42201
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料的應(yīng)用和功能材料合成領(lǐng)域，更具體地，涉及一種核殼結(jié)構(gòu)顆粒材料的制備方法。

背景技術(shù)

核殼結(jié)構(gòu)材料具有許多獨(dú)特的物理和化學(xué)特性，在超疏水表面涂層、材料學(xué)、化學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、催化等領(lǐng)域都具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。化學(xué)鏈技術(shù)是一種新型的化石燃料CO₂減排技術(shù)，具有潛在的降低減排成本、提高燃料能量利用效率、減少和脫除其他大氣污染物等優(yōu)勢(shì)，它的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是高性能氧載體的研發(fā)。

核殼結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料一般由中心的核以及包覆在外部的殼組成，但普通的核殼結(jié)構(gòu)中，活性殼層和惰性核體或活性核體和惰性殼層直接接觸，會(huì)發(fā)生活性成分與惰性載體的化學(xué)反應(yīng)，直接導(dǎo)致活性成分含量減少、惰性載體穩(wěn)定性和強(qiáng)度降低，因而引起材料的性能衰減。

在核殼材料的合成中引入納米介層，形成核-介層-殼層的分級(jí)結(jié)構(gòu)，能大大提升材料的強(qiáng)度和性能。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種核殼結(jié)構(gòu)顆粒材料及其自組裝方法，利用核體材料和介層材料的等電位點(diǎn)性質(zhì)差異通過(guò)靜電自組裝形成高性能的顆粒材料。本發(fā)明的制備過(guò)程節(jié)能環(huán)保，制備的核殼結(jié)構(gòu)顆粒材料可用于作為氧載體、CO₂吸收劑或者催化劑等，具有負(fù)載量大、活性高、性能穩(wěn)定、循環(huán)壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種核殼結(jié)構(gòu)顆粒材料的制備方法，其特征在于，具體步驟包括：

步驟一：將核體材料和介層材料分散于水中，并用酸或堿調(diào)節(jié)pH值為pH’使所述核體材料和所述介層材料充分組裝，以獲得核-介層復(fù)合顆粒的懸濁液；

其中，所述核體材料為粒徑1μm～100μm的微米顆粒，所述介層材料為粒徑為1nm～100nm的納米顆粒，所述核體材料與所述介層材料的質(zhì)量比大于等于2:1；IEP₁和IEP₂分別為所述核體材料與所述介層材料的等電位點(diǎn)，且IEP₁與IEP₂之差大于等于2.5；pH’在IEP₁和IEP₂之間，且pH值為pH’時(shí)，核體材料和介層材料的Zeta電位的電性相反且差值最大；

步驟二：在核-介層復(fù)合顆粒表面沉積殼層原料，并煅燒生成殼層，最后研磨篩分即得到所需的核殼結(jié)構(gòu)顆粒材料。

優(yōu)選地，步驟一中所述酸為醋酸、鹽酸或硝酸，所述堿為氨水。

優(yōu)選地，核體材料與介層材料的質(zhì)量比為3:1～15:1。

優(yōu)選地，IEP₁與IEP₂之差大于等于5。

優(yōu)選地，步驟二中采用水熱法來(lái)制備金屬氧化物殼層，具體過(guò)程如下：

向步驟一的所述懸濁液中加入金屬有機(jī)鹽使其完全溶解，充分干燥后進(jìn)行煅燒，最后研磨篩分即得到所需的核殼結(jié)構(gòu)顆粒材料；

煅燒過(guò)程中，金屬有機(jī)鹽分解生成金屬氧化物作為殼層的同時(shí)，還生成水蒸氣以及二氧化碳作為副產(chǎn)物。

然而在制備金屬氧化物的過(guò)程中，往往找不到可溶性的金屬有機(jī)鹽作為原料，或者對(duì)應(yīng)的金屬有機(jī)鹽十分昂貴；因此，步驟二的具體過(guò)程還可以優(yōu)選如下：

向步驟一的所述懸濁液中加入金屬硝酸鹽和燃料使其完全溶解，充分干燥后進(jìn)行煅燒，最后研磨篩分即得到所需的核殼結(jié)構(gòu)顆粒材料；

其中，所述燃料為金屬醋酸鹽或尿素，煅燒過(guò)程中，金屬硝酸鹽和所述燃料完全反應(yīng)生成金屬氧化物作為殼層的同時(shí)，還生成氮?dú)狻⑺魵庖约岸趸甲鳛楦碑a(chǎn)物。

假設(shè)金屬為X，化合價(jià)為+n；當(dāng)燃料為金屬醋酸鹽時(shí)，反應(yīng)方程式如下：

16X(NO₃)_n+10X(CH₃COO)_n→13A₂O_n+8nN₂+20nCO₂+15nH₂O

其中，可以選用不同金屬的醋酸鹽和硝酸鹽，以生成混合金屬氧化物作為殼層。

當(dāng)燃料為尿素時(shí)，反應(yīng)方程式如下：

6X(NO₃)_n+5nCO(NH₂)₂→3X₂O_n+5nCO₂+10nH₂O+8nN₂