利用溶胶凝胶法制备Fe3O4@MCM‑41磁性复合材料的方法技术

本发明专利技术属于复合材料制备方法技术领域，涉及一种利用溶胶凝胶法制备Fe3O4@MCM‑41磁性复合材料的方法。该制备方法制备周期相对较短，实验过程的调控相对简单；制备出具有较好孔道结构及吸附性能较高的Fe3O4/MCM‑41复合材料，所制备的Fe3O4/MCM‑41复合材料比表面积可达793m

By using the method of sol-gel Fe3O4@MCM 41 magnetic composite materials

【技术实现步骤摘要】
利用溶胶凝胶法制备Fe3O4@MCM-41磁性复合材料的方法
本专利技术属于复合材料制备方法
，涉及一种利用溶胶凝胶法制备Fe3O4@MCM-41磁性复合材料的方法。
技术介绍
MCM-41分子筛具有高的比表面积和规整的孔道结构，且孔径大小可调。MCM-41分子筛被广泛的应用于工业催化、生物医药、吸附分离、纳米材料器件的制备以及环境保护等领域。但是，由于纯硅MCM-41分子筛具有中性的骨架结构，缺陷少，水热稳定性较差等缺点，限制了MCM-41在催化、吸附、分离以及环保等方面的应用。因此，大量学者对MCM-41分子筛进行深入研究，从而扩大MCM-41分子筛的应用范围。70年代，Mobil公司开发了以ZSM-5为代表的高硅三维交叉直通道的新结构沸石分子筛，以其高的水热稳定性和亲油疏水性，在甲醇及烃类转化反应中表现出良好的活性及选择性。Mokaya等人通过后处理合成的MCM-41介孔分子筛，可以制备具有高水热稳定性和强酸性的MCM-41分子筛材料。Lim等人采用后嫁接处理法以乙烯基修饰MCM-41分子筛材料，研究结果表明，大部分乙烯基分布在MCM-41分子筛材料的外表面以及孔道的孔口处。Chen等人通过研究发现，采用二次晶化法也合成了具有较高水热稳定性的MCM-41分子筛。Xu等人将聚乙烯胺组装到介孔材料MCM-41中，研究结果表明，在MCM-41分子筛中负载的聚乙烯胺为50％时，对CO2的吸附量得到大大的提高。Mann等人用正硅酸乙酯(TEOS)作为硅源，以阳离子表面活性剂为模板剂，同时在碱性的条件下，采用苯基三甲氧基硅烷作为改性剂来修饰MCM-41分子筛介孔材料，研究结果表明，修饰后的MCM-41分子筛材料具有良好的六方结构类型，同时还具有良好的化学反应活性。Ryong等人在最初的研究中发现，通过在合成过程中增加PH值调节步骤促使反应平衡向生成MCM-41的方向移动以及加入各种盐类(KCl、NaCl等)，改变MCM-41水热合成的离子环境都可以显著提高MCM-41的结晶度，增加其水热稳定性。Zhao等人采用有机基团三甲基氯硅烷来修饰MCM-41分子筛材料，研究结果表明，经过功能化改性后的MCM-41分子筛的疏水性能力得到明显提升，且吸水能力呈明显降低趋势。Juan等人首先对未脱除模板剂的MCM-41分子筛采用三甲基氯硅烷进行改性，之后再利用有机溶剂脱除来脱除改性后MCM-41分子筛孔道中的模板剂，成功的在MCM-41分子筛材料的孔道内表面组装上苯基丙基二甲基功能基团。目前，合成MCM-41分子筛的方法大都是水热法，针对其吸附的研究大多数是关于掺杂改性MCM-41分子筛，制备周期较长、步骤较为繁琐，且关于Fe3O4/MCM-41复合材料的报到相对较少。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种利用溶胶凝胶法制备Fe3O4@MCM-41磁性复合材料的方法，该制备方法制备周期相对较短，实验过程的调控相对简单，利用该方法制备的Fe3O4@MCM-41磁性复合材料毒性低、表面易于修饰、比表面积大。本专利技术所采用的技术方案是，一种利用溶胶凝胶法制备Fe3O4@MCM-41磁性复合材料的方法，该方法具体是按照以下步骤进行的：S1、按摩尔比为1：465～1420：0.2～0.6：7～13的比例分别称取十六烷基三甲基溴化铵、氨水、四氧化三铁、正硅酸乙酯，然后将十六烷基三甲基溴化铵、氨水分别加入去离子水中，然后对其进行充分搅拌，使十六烷基三甲基溴化铵完全溶解形成混合溶液；S2、搅拌结束后，将四氧化三铁加入到S1所得到的混合溶液中，然后对其进行超声分散3～5min；S3、超声分散结束后，在剧烈搅拌下将正硅酸乙酯逐滴加入到S2所得到的混合溶液中，滴加结束后，继续高速搅拌12～24h；S4、搅拌结束后，对S3所得到的混合溶液进行抽滤，先后用去离子水和无水乙醇对混合溶液进行多次洗涤；S5、之后将洗涤、分离出的产物放置于干燥箱中于50～70℃下干燥3～5h；S6、将干燥后得到的产物研磨，然后将其放置于高温管式炉中于450～650℃下煅烧5～8h以去除模板剂。进一步地，十六烷基三甲基溴化铵、氨水、四氧化三铁、正硅酸乙酯的摩尔比为1：946.2：0.22：9.89。进一步地，S2中超声分散的时间为5min。进一步地，S3中高速搅拌的时间为12h。进一步地，S5中干燥的温度为60℃，干燥时间为3h。进一步地，S6中煅烧的温度为550℃，煅烧时间为6h。进一步地，S2中所用的四氧化三铁是按照以下方法合成的：(1)按摩尔比为1：100～150：7～12：1～1.5的比例分别称取FeCl3·6H2O、乙二醇、尿素、聚乙二醇400，将FeCl3·6H2O溶解在乙二醇溶液中，充分搅拌一段时间后得到混合溶液；(2)将尿素和聚乙二醇400分别加入到步骤(1)所得到的混合溶液中，并对其充分搅拌直至完全溶解；(3)将步骤(2)所得到的混合溶液置于内衬为聚四氟乙烯的水热合成反应釜中，再将反应釜放置在干燥箱中于180～200℃晶化6～22h；(4)晶化反应结束后，用去离子水对产物反复分离、洗涤；(5)将洗涤后的产物放入真空干燥箱中于30～40℃下干燥3～5h。进一步地，FeCl3·6H2O、乙二醇、尿素、聚乙二醇400的摩尔比为1：126.37：7.81：1.17。进一步地，步骤(3)中晶化的温度为190℃，晶化时间为18h。进一步地，步骤(5)中干燥的温度为30℃，干燥时间为3h。本专利技术的有益效果是：(1)该制备方法制备周期相对较短，实验过程的调控相对简单；(2)制备出具有较好孔道结构及吸附性能较高的Fe3O4/MCM-41复合材料，所制备的分子筛比表面积可达793m2/g，且Fe3O4/MCM-41复合材料边缘处具有长程有序的六方孔道结构，同时材料既具有磁性又具有分子筛的介孔孔道，可以应用于吸附、催化等领域。附图说明图1为Fe3O4/MCM-41复合材料的制备工艺流程图；图2为实施例1中所制备的Fe3O4的XRD谱图；图3为实施例1中所制备的Fe3O4的SEM图；图4为实施例1所制备Fe3O4/MCM-41复合材料的小角度XRD谱图；图5为实施例1所制备Fe3O4/MCM-41复合材料的大角度XRD谱图；图6为MCM-41、实施例1所制备Fe3O4以及Fe3O4/MCM-41复合材料的FT-IR图；图7为实施例1所制备Fe3O4/MCM-41复合材料的SEM图；图8为实施例1和实施例2所制备Fe3O4/MCM-41复合材料的TEM图；图9为实施例1所制备Fe3O4/MCM-41复合材料的氮气吸附-脱附曲线图(左)和孔径分布图(右)。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术的技术方案做进一步说明，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施例的限制。实施例1一、Fe3O4的制备：采用热溶剂法制备Fe3O4粒子，具体步骤如下：步骤一：称取1.725g纯度为97％的FeCl3·6H2O溶解在45mL的乙二醇溶液中，充分搅拌30min后得到橘黄色溶液；步骤二：将3g尿素和3g聚乙二醇400分别加入到步骤一所得到的橘黄色溶液中，并对其搅拌直至完全溶解；步骤三：将步骤二所得到的混合溶液置于内衬为聚四氟乙烯的水热合成反应釜中，再将反应釜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用溶胶凝胶法制备Fe3O4@MCM‑41磁性复合材料的方法，其特征在于，该方法具体是按照以下步骤进行的：S1、按摩尔比为1：465～1420：0.2～0.6：7～13的比例分别称取十六烷基三甲基溴化铵、氨水、四氧化三铁、正硅酸乙酯，然后将十六烷基三甲基溴化铵、氨水分别加入去离子水中，然后对其进行充分搅拌，使十六烷基三甲基溴化铵完全溶解形成混合溶液；S2、搅拌结束后，将四氧化三铁加入到S1所得到的混合溶液中，然后对其进行超声分散3～5min；S3、超声分散结束后，在剧烈搅拌下将正硅酸乙酯逐滴加入到S2所得到的混合溶液中，滴加结束后，继续高速搅拌12～24h；S4、搅拌结束后，对S3所得到的混合溶液进行抽滤，先后用去离子水和无水乙醇对混合溶液进行多次洗涤；S5、之后将洗涤、分离出的产物放置于干燥箱中于50～70℃下干燥3～5h；S6、将干燥后得到的产物研磨，然后将其放置于高温管式炉中于450～650℃下煅烧5～8h以去除模板剂。

【技术特征摘要】
1.一种利用溶胶凝胶法制备Fe3O4@MCM-41磁性复合材料的方法，其特征在于，该方法具体是按照以下步骤进行的：S1、按摩尔比为1：465～1420：0.2～0.6：7～13的比例分别称取十六烷基三甲基溴化铵、氨水、四氧化三铁、正硅酸乙酯，然后将十六烷基三甲基溴化铵、氨水分别加入去离子水中，然后对其进行充分搅拌，使十六烷基三甲基溴化铵完全溶解形成混合溶液；S2、搅拌结束后，将四氧化三铁加入到S1所得到的混合溶液中，然后对其进行超声分散3～5min；S3、超声分散结束后，在剧烈搅拌下将正硅酸乙酯逐滴加入到S2所得到的混合溶液中，滴加结束后，继续高速搅拌12～24h；S4、搅拌结束后，对S3所得到的混合溶液进行抽滤，先后用去离子水和无水乙醇对混合溶液进行多次洗涤；S5、之后将洗涤、分离出的产物放置于干燥箱中于50～70℃下干燥3～5h；S6、将干燥后得到的产物研磨，然后将其放置于高温管式炉中于450～650℃下煅烧5～8h以去除模板剂。2.如权利要求1所述的一种利用溶胶凝胶法制备Fe3O4@MCM-41磁性复合材料的方法，其特征在于，S2中所用的四氧化三铁是按照以下方法合成的：(1)按摩尔比为1：100～150：7～12：1～1.5的比例分别称取FeCl3·6H2O、乙二醇、尿素、聚乙二醇400，将FeCl3·6H2O溶解在乙二醇溶液中，充分搅拌一段时间后得到混合溶液；(2)将尿素和聚乙二醇400分别加入到步骤(1)所得到的混合溶液中，并对其充分搅拌直至完全溶解；(3)将步骤(2)所得到的混合溶液置于内衬为聚四氟乙烯的水热合成反应釜中，再将反应釜放置在干燥箱中于180～200℃晶化6...

【专利技术属性】
技术研发人员：林卿，张佳琦，郭泽平，罗之清，何云，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：发明
国别省市：广西,45