超轻磁性介孔纳米框架制造技术

本发明专利技术提供了一种超轻磁性介孔纳米框架，用于在混合物体系中作为吸附剂使用，或者用于在多相催化体系中作为催化剂使用，具有这样的特征，超轻磁性介孔纳米框架由以下方法制备而成：步骤一，将前驱体用酸溶液溶解得到前驱体溶液；步骤二，将载体浸入前驱体溶液中，在第一预定温度下加热第一预定时间，取出浸渍后的载体并真空干燥，得到具有载体以及前驱体的组合体；步骤三，将组合体进行热处理，从而除去载体并使前驱体原位转化为三维的磁性介孔氧化铁，该磁性介孔氧化铁作为超轻磁性介孔纳米框架，其中，前驱体为普鲁士蓝纳米晶，载体为三维聚氨酯海绵，前驱体与载体的质量体积比为127mg：30cm

Ultra-light magnetic mesoporous nanoframeworks

【技术实现步骤摘要】
超轻磁性介孔纳米框架
本专利技术属于材料科学领域，具体涉及一种超轻磁性介孔纳米框架。
技术介绍
多孔材料是一类由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料。凭借较高的比表面积、良好的孔结构、较低的密度和形状可裁剪的特性，三维(3D)多孔材料成为催化剂及其载体、气体存储、吸收与分离、环境治理、新能源开发、药物输送、基因工程和生物工程等领域的研究热点。几乎所有密度低于0.16mg/cm3的三维多孔材料，如以气凝胶、海绵、网状物或微晶格形式形式存在的二氧化硅、碳和金属等，都可以用来制备这种超轻三维多孔材料。与传统超轻大孔材料不同，介孔材料是一大类具有特殊结构的多孔材料。介孔材料具有2nm～50nm的孔径，均匀的介孔结构通常是由前体和模板之间进行有机-无机组装后再去除模板所得。将大孔材料和介孔材料进行组合已成为制备各种分层多孔结构的先进技术之一，但并未有研究报道具有与气凝胶或泡沫相似密度的超轻多孔材料。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种超轻磁性介孔纳米框架。本专利技术提供了一种超轻磁性介孔纳米框架，用于在混合物体系中作为吸附剂使用，或者用于在多相催化体系中作为催化剂使用，具有这样的特征，超轻磁性介孔纳米框架由以下方法制备而成：步骤一，将前驱体用酸溶液溶解得到前驱体溶液；步骤二，将载体浸入前驱体溶液中，在第一预定温度下加热第一预定时间，取出浸渍后的载体并真空干燥，得到具有载体以及前驱体的组合体；步骤三，将组合体进行热处理，从而除去载体并使前驱体原位转化为三维的磁性介孔氧化铁，该磁性介孔氧化铁作为超轻磁性介孔纳米框架，其中，前驱体为普鲁士蓝纳米晶，载体为三维聚氨酯海绵，前驱体与载体的质量体积比为127mg：30cm3～212mg：30cm3。在本专利技术提供的超轻磁性介孔纳米框架中，还可以具有这样的特征：其中，三维聚氨酯海绵的孔径为600μm～1250μm。在本专利技术提供的超轻磁性介孔纳米框架中，还可以具有这样的特征：其中，步骤三中，将组合体进行热处理的过程为：将组合体在空气中以1℃/min～3℃/min的升温速率加热至350℃～450℃，并恒温持续加热2h～4h。在本专利技术提供的超轻磁性介孔纳米框架中，还可以具有这样的特征：其中，步骤二中，第一预定温度为80℃～88℃，第一预定时间为40h～60h，真空干燥的温度为35℃～45℃，真空干燥的时间为10h～14h。在本专利技术提供的超轻磁性介孔纳米框架中，还可以具有这样的特征：超轻磁性介孔纳米框架的比表面积为90m2/g～117m2/g，密度为6mg/cm3～11mg/cm3。在本专利技术提供的超轻磁性介孔纳米框架中，还可以具有这样的特征：其中，超轻磁性介孔纳米框架作为吸附剂进行重金属分离包括以下步骤：将超轻磁性介孔纳米框架置于含有重金属离子的溶液或污水中，然后利用磁场对吸附了重金属离子的超轻磁性介孔纳米框进行收集。在本专利技术提供的超轻磁性介孔纳米框架中，还可以具有这样的特征：其中，重金属离子为砷离子、铬离子、铜离子、汞离子等重金属离子的一种或多种。在本专利技术提供的超轻磁性介孔纳米框架中，还可以具有这样的特征：其中，超轻磁性介孔纳米框架作为吸附剂进行水油分离包括以下步骤：将疏水性的介质涂覆在超轻磁性介孔纳米框架的表面，得到疏水性超轻磁性介孔纳米框架；再将疏水性超轻磁性介孔纳米框架置于水油混合物中，然后利用磁场对吸收了水油混合物中的油的疏水性超轻磁性介孔纳米框架进行收集。在本专利技术提供的超轻磁性介孔纳米框架中，还可以具有这样的特征：其中，介质为酚醛树脂。在本专利技术提供的超轻磁性介孔纳米框架中，还可以具有这样的特征：其中，超轻磁性介孔纳米框架在水油两相催化体系中作为催化剂使用。专利技术的作用与效果根据本专利技术所涉及的超轻磁性介孔纳米框架，因为它是由以下方法制备而成，该方法以普鲁士蓝纳米晶作为前驱体，以三维材料作为载体，通过将载体浸入前驱体溶液后，在第一预定温度下加热第一预定时间，取出浸渍后的载体并真空干燥，得到组合体，然后将组合体热处理得到超轻磁性介孔纳米框架，并且，在制备过程中，前驱体与载体的质量体积比为127mg：30cm3～212mg：30cm3。因此，超轻磁性介孔纳米框架具有较高的比表面积，具有分级的大孔和介孔结构，具有超低的密度，进而非常适合在混合物体系中作为吸附剂使用，或者在多相催化体系中作为催化剂使用。此外，本专利技术的超轻磁性介孔纳米框架在混合物体系中作为吸附剂使用，或者在多相催化体系中作为催化剂使用时，能够进行多次重复利用。附图说明图1是本专利技术的实施例一中的超轻磁性介孔纳米框架的XRD谱图；图2是本专利技术的实施例一中的超轻磁性介孔纳米框架的XPS数据谱图；图3是本专利技术的实施例一中的超轻磁性介孔纳米框架置于酒精灯火焰上的照片；图4是本专利技术的实施例一～三中的超轻磁性介孔纳米框架的大孔及介孔分布图；图5是本专利技术的实施例一～三中的超轻磁性介孔纳米框架的氮气吸附脱附曲线图谱；图6是本专利技术的实施例二中的超轻磁性介孔纳米框架的可裁剪性能图；图7是本专利技术的实施例一～三中的超轻磁性介孔纳米框架的XRD图；图8是本专利技术的实施例四中的超轻磁性介孔纳米框架的数码照片；图9是本专利技术的实施例五中的超轻磁性介孔纳米框架进行表面功能化改性图；图10是本专利技术的实施例六中的超轻磁性介孔纳米框架的磁性收集图；图11是本专利技术的实施例七中的超轻磁性介孔纳米框架在固-水-油三相混合体系的吸附实验图；以及图12是本专利技术的实施例八中的超轻磁性介孔纳米框架在多相催化体系中的应用。具体实施方式本专利技术中的超轻磁性介孔纳米框架由以下方法制备而成，该方法包括以下步骤：步骤一，将前驱体用酸溶液溶解得到前驱体溶液。其中，前驱体为普鲁士蓝纳米晶(K4Fe(CN)6·3H2O)，酸溶液为0.05M的盐酸溶液。步骤二，将载体按照前驱体与载体的质量体积比为127mg：30cm3～212mg：30cm3的比例浸入前驱体溶液中，此时，载体完全被前驱体溶液所浸没。然后将载体以及前驱体溶液在第一预定温度下加热第一预定时间，取出浸渍后的载体并真空干燥，得到具有载体以及前驱体的组合体。其中，载体为三维聚氨酯海绵。第一预定温度为80℃～88℃，所述第一预定时间为40h～60h。真空干燥的温度为35℃～45℃，真空干燥的时间为10h～14h。步骤三，将组合体进行热处理，从而除去载体并使前驱体原位转化为三维的磁性介孔氧化铁，从而得到超轻磁性介孔纳米框架。热处理的过程为：将组合体在空气中以1℃/min～3℃/min的升温速率加热至350℃～450℃，并恒温持续加热2h～4h。本专利技术的超轻磁性介孔纳米框架的比表面积为90m2/g～117m2/g，密度为6mg/cm3～11mg/cm3。为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本专利技术超轻磁性介孔纳米框架作具体阐述。<实施例一>实施例一中的超轻磁性介孔纳米框架由以下方法制备而成，该方法包括以下步骤：步骤一，将127mgK4Fe(CN)6·3H2O加入到盛有80mL盐酸溶液(0.05M)的容器中，均匀搅拌1h，得到前驱体溶液。K4Fe(CN)6·3H2O具有立方型(α-Po)网络拓扑结构，尺寸均匀，边缘锋利。步骤二，将30cm3(540mg)三维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超轻磁性介孔纳米框架，用于在混合物体系中作为吸附剂使用，或者用于在多相催化体系中作为催化剂使用，其特征在于，超轻磁性介孔纳米框架由以下方法制备而成：步骤一，将前驱体用酸溶液溶解得到前驱体溶液；步骤二，将载体浸入所述前驱体溶液中，在第一预定温度下加热第一预定时间，取出浸渍后的所述载体并真空干燥，得到具有所述载体以及所述前驱体的组合体；步骤三，将所述组合体进行热处理，从而除去所述载体并使所述前驱体原位转化为三维的磁性介孔氧化铁，该磁性介孔氧化铁作为超轻磁性介孔纳米框架，其中，所述前驱体为普鲁士蓝纳米晶，所述载体为三维聚氨酯海绵，所述前驱体与所述载体的质量体积比为127mg：30cm

【技术特征摘要】
1.一种超轻磁性介孔纳米框架，用于在混合物体系中作为吸附剂使用，或者用于在多相催化体系中作为催化剂使用，其特征在于，超轻磁性介孔纳米框架由以下方法制备而成：步骤一，将前驱体用酸溶液溶解得到前驱体溶液；步骤二，将载体浸入所述前驱体溶液中，在第一预定温度下加热第一预定时间，取出浸渍后的所述载体并真空干燥，得到具有所述载体以及所述前驱体的组合体；步骤三，将所述组合体进行热处理，从而除去所述载体并使所述前驱体原位转化为三维的磁性介孔氧化铁，该磁性介孔氧化铁作为超轻磁性介孔纳米框架，其中，所述前驱体为普鲁士蓝纳米晶，所述载体为三维聚氨酯海绵，所述前驱体与所述载体的质量体积比为127mg：30cm3～212mg：30cm3。2.根据权利要求1所述的超轻磁性介孔纳米框架，其特征在于：其中，所述三维聚氨酯海绵的孔径为600μm～1250μm。3.根据权利要求1所述的超轻磁性介孔纳米框架，其特征在于：其中，步骤三中，将所述组合体进行热处理的过程为：将所述组合体在空气中以1℃/min～3℃/min的升温速率加热至350℃～450℃，并恒温持续加热2h～4h。4.根据权利要求1所述的超轻磁性介孔纳米框架，其特征在于：其中，步骤二中，所述第一预定温度为80℃～88℃，所述第一预定时间为40h～60h，真空干燥的温度为35℃～45℃，真空干...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔彪，杨波，曾洁，周珊，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海,31